Qu’est-ce qui affecte l’efficacité de la récupération de la lumière dans les emballages LED ?

La LED, également connue sous le nom de source d'éclairage de quatrième génération ou source de lumière verte, présente les caractéristiques d'économie d'énergie, de protection de l'environnement, de longue durée de vie et de petite taille. Il est largement utilisé dans divers domaines tels que l'indication, l'affichage, la décoration, le rétroéclairage, l'éclairage général et les scènes nocturnes urbaines. Selon les différentes fonctions d'utilisation, il peut être divisé en cinq catégories : affichage d'informations, feux de signalisation, luminaires automobiles, rétroéclairage de l'écran LCD et éclairage général.
Les lampes LED conventionnelles présentent des inconvénients tels qu'une luminosité insuffisante, ce qui conduit à une popularité insuffisante. Les lampes LED de type puissance présentent des avantages tels qu'une luminosité élevée et une longue durée de vie, mais elles présentent des difficultés techniques telles que l'emballage. Vous trouverez ci-dessous une brève analyse des facteurs qui affectent l’efficacité de la récupération de la lumière des emballages LED de type puissance.

1. Technologie de dissipation thermique
Pour les diodes électroluminescentes composées de jonctions PN, lorsque le courant direct traverse la jonction PN, la jonction PN subit une perte de chaleur. Cette chaleur est rayonnée dans l'air à travers des adhésifs, des matériaux d'encapsulation, des dissipateurs thermiques, etc. Au cours de ce processus, chaque partie du matériau possède une impédance thermique qui empêche le flux de chaleur, appelée résistance thermique. La résistance thermique est une valeur fixe déterminée par la taille, la structure et les matériaux de l'appareil.
En supposant que la résistance thermique de la diode électroluminescente est Rth (℃/W) et que la puissance de dissipation thermique est PD (W), l'augmentation de température de la jonction PN provoquée par la perte de chaleur du courant est :
T (℃) = Rth&TImes ; PD
La température de jonction PN est :
TJ=TA+Rth&TImes; PD
Parmi eux, TA est la température ambiante. En raison de l'augmentation de la température de jonction, la probabilité de recombinaison de luminescence de la jonction PN diminue, entraînant une diminution de la luminosité de la diode électroluminescente. Parallèlement, en raison de l'augmentation de la température provoquée par les pertes de chaleur, la luminosité de la diode électroluminescente ne continuera plus à augmenter proportionnellement au courant, indiquant un phénomène de saturation thermique. De plus, à mesure que la température de jonction augmente, la longueur d’onde maximale de la lumière émise se déplacera également vers des longueurs d’onde plus longues, environ 0,2 à 0,3 nm/℃. Pour les LED blanches obtenues en mélangeant de la poudre fluorescente YAG recouverte de puces de lumière bleue, la dérive de la longueur d'onde de la lumière bleue provoquera une inadéquation avec la longueur d'onde d'excitation de la poudre fluorescente, réduisant ainsi l'efficacité lumineuse globale des LED blanches et provoquant des changements dans la couleur de la lumière blanche. température.
Pour les diodes électroluminescentes de puissance, le courant de commande est généralement de plusieurs centaines de milliampères ou plus, et la densité de courant de la jonction PN est très élevée, de sorte que l'augmentation de température de la jonction PN est très importante. Pour l'emballage et les applications, comment réduire la résistance thermique du produit afin que la chaleur générée par la jonction PN puisse être dissipée le plus rapidement possible peut non seulement améliorer le courant de saturation et l'efficacité lumineuse du produit, mais également améliorer la fiabilité et durée de vie du produit. Afin de réduire la résistance thermique du produit, le choix des matériaux d'emballage est particulièrement important, notamment les dissipateurs thermiques, les adhésifs, etc. La résistance thermique de chaque matériau doit être faible, ce qui nécessite une bonne conductivité thermique. Deuxièmement, la conception structurelle doit être raisonnable, avec une adaptation continue de la conductivité thermique entre les matériaux et de bonnes connexions thermiques entre les matériaux pour éviter les goulots d'étranglement de dissipation thermique dans les canaux thermiques et assurer la dissipation thermique des couches internes vers les couches externes. Dans le même temps, il est nécessaire de garantir que la chaleur soit dissipée en temps opportun selon les canaux de dissipation thermique préconçus.

2. Sélection de l'adhésif de remplissage
Selon la loi de la réfraction, lorsque la lumière arrive d'un milieu dense à un milieu clairsemé, l'émission complète se produit lorsque l'angle d'incidence atteint une certaine valeur, c'est-à-dire supérieure ou égale à l'angle critique. Pour les blue chips GaN, l’indice de réfraction du matériau GaN est de 2,3. Lorsque la lumière est émise de l'intérieur du cristal vers l'air, selon la loi de la réfraction, l'angle critique θ 0 = sin-1 (n2/n1).
Parmi eux, n2 est égal à 1, qui est l'indice de réfraction de l'air, et n1 est l'indice de réfraction du GaN. Par conséquent, l'angle critique 00 est calculé comme étant d'environ 25,8 degrés. Dans ce cas, la seule lumière pouvant être émise est la lumière située dans un angle solide spatial ≤ 25,8 degrés. Selon les rapports, l'efficacité quantique externe des puces GaN est actuellement d'environ 30 à 40 %. Par conséquent, en raison de l’absorption interne du cristal en forme de puce, la proportion de lumière pouvant être émise à l’extérieur du cristal est très faible. Selon les rapports, l'efficacité quantique externe des puces GaN est actuellement d'environ 30 à 40 %. De même, la lumière émise par la puce doit traverser le matériau d'emballage et être transmise dans l'espace, et l'impact du matériau sur l'efficacité de la récupération de la lumière doit également être pris en compte.
Par conséquent, afin d'améliorer l'efficacité de la récupération de la lumière des emballages de produits LED, il est nécessaire d'augmenter la valeur de n2, c'est-à-dire d'augmenter l'indice de réfraction du matériau d'emballage, afin d'augmenter l'angle critique du produit et ainsi améliorer l'efficacité lumineuse de l'emballage du produit. Dans le même temps, le matériau d’encapsulation doit absorber moins de lumière. Afin d’augmenter la proportion de lumière émise, il est préférable d’avoir une forme arquée ou hémisphérique pour l’emballage. De cette façon, lorsque la lumière est émise depuis le matériau d’emballage vers l’air, elle est presque perpendiculaire à l’interface et ne subit plus de réflexion totale.

3. Traitement de la réflexion
Il existe deux aspects principaux du traitement de réflexion : l’un est le traitement de réflexion à l’intérieur de la puce et l’autre est la réflexion de la lumière par le matériau d’emballage. Grâce au traitement de réflexion interne et externe, la proportion de lumière émise depuis l'intérieur de la puce est augmentée, l'absorption à l'intérieur de la puce est réduite et l'efficacité lumineuse des produits LED de puissance est améliorée. En termes de conditionnement, les LED de type puissance assemblent généralement des puces de type puissance sur des supports métalliques ou des substrats dotés de cavités réfléchissantes. La cavité réfléchissante de type support est généralement plaquée pour améliorer l'effet de réflexion, tandis que la cavité réfléchissante de type substrat est généralement polie et peut subir un traitement de galvanoplastie si les conditions le permettent. Cependant, les deux méthodes de traitement ci-dessus sont affectées par la précision et le processus du moule, et la cavité réfléchissante traitée a un certain effet de réflexion, mais ce n'est pas idéal. À l'heure actuelle, dans la production de cavités réfléchissantes de type substrat en Chine, en raison d'une précision de polissage insuffisante ou de l'oxydation des revêtements métalliques, l'effet de réflexion est médiocre. Il en résulte qu'une grande quantité de lumière est absorbée après avoir atteint la zone de réflexion, qui ne peut pas être réfléchie vers la surface émettrice de lumière comme prévu, ce qui entraîne une faible efficacité de récupération de la lumière après l'emballage final.

4. Sélection et revêtement de poudre fluorescente
Pour les LED de puissance blanches, l'amélioration de l'efficacité lumineuse est également liée au choix de la poudre fluorescente et au traitement du procédé. Afin d'améliorer l'efficacité de l'excitation de la poudre fluorescente des blue chips, la sélection de la poudre fluorescente doit être appropriée, y compris la longueur d'onde d'excitation, la taille des particules, l'efficacité de l'excitation, etc., et une évaluation complète doit être menée pour prendre en compte divers facteurs de performance. Deuxièmement, le revêtement de poudre fluorescente doit être uniforme, de préférence avec une épaisseur uniforme de la couche adhésive sur chaque surface électroluminescente de la puce, pour éviter une épaisseur inégale qui pourrait empêcher l'émission de la lumière locale, et également améliorer la qualité du point lumineux.

Aperçu:
Une bonne conception de dissipation thermique joue un rôle important dans l’amélioration de l’efficacité lumineuse des produits à LED de puissance et constitue également une condition préalable pour garantir la durée de vie et la fiabilité du produit. Un canal de sortie de lumière bien conçu, axé sur la conception structurelle, la sélection des matériaux et le traitement des cavités réfléchissantes, les adhésifs de remplissage, etc., peut améliorer efficacement l'efficacité de la récupération de la lumière des LED de type puissance. Pour les LED blanches de type puissance, le choix de la poudre fluorescente et la conception du processus sont également cruciaux pour améliorer la taille du spot et l'efficacité lumineuse.


Heure de publication : 11 juillet 2024