सफेद रोशनी एलईडी दीर्घायु, उच्च शक्ति और कम बिजली की खपत प्रौद्योगिकी

सफेद रोशनी एलईडी दीर्घायु, उच्च शक्ति और कम बिजली की खपत प्रौद्योगिकी

अतीत में, बीम का पूरा लाभ कमाने के लिए, उद्योग ने एक बड़ा आकार विकसित किया है और इस विधि द्वारा वांछित लक्ष्य प्राप्त करने का प्रयास किया है, लेकिन वास्तव में, जब सफेद एलईडी की लागू शक्ति 1W से अधिक हो जाती है, बीम कम हो जाएगी, और चमकदार दक्षता अपेक्षाकृत 20 ~ 30 प्रतिशत कम हो जाएगी। दूसरे शब्दों में, यदि सफेद एल ई डी की चमक पारंपरिक एल ई डी की तुलना में कई गुना अधिक है और बिजली की खपत विशेषताओं को फ्लोरोसेंट लैंप से अधिक करना है, तो निम्नलिखित चार प्रमुख मुद्दों को पहले दूर किया जाना चाहिए: ए। तापमान वृद्धि को दबाने; बी। सेवा जीवन सुनिश्चित करना; सी। चमकदार दक्षता में सुधार d. चमकदार गुणों का समीकरण।

तापमान वृद्धि की समस्या के लिए विशिष्ट तरीका पैकेज के थर्मल प्रतिबाधा को कम करना है; एलईडी के सेवा जीवन को बनाए रखने की विशिष्ट विधि चिप के आकार में सुधार करना और एक छोटी चिप का उपयोग करना है; एलईडी की चमकदार दक्षता में सुधार करने की विशिष्ट विधि चिप संरचना में सुधार करना और एक छोटी चिप का उपयोग करना है; समान चमकदार विशेषताओं के लिए एलईडी की पैकेजिंग विधि में सुधार करने के लिए विशिष्ट विधि है। आमतौर पर यह माना जाता है कि सफेद एल ई डी से 2005-2006 में उपर्युक्त उपायों को अपनाने की उम्मीद की जाती है।

बिजली बढ़ाने के लिए जिंगवेई के विकास से पैकेज की थर्मल प्रतिबाधा 10K/W से नीचे तेजी से गिर जाएगी। इसलिए, विदेशी कंपनियों ने उपरोक्त समस्याओं को सुधारने की कोशिश करने के लिए उच्च तापमान प्रतिरोधी सफेद एलईडी विकसित की है। हालांकि, वास्तविक कैलोरीफ मान कम-शक्ति वाले एल ई डी की तुलना में दर्जनों गुना अधिक है। उपरोक्त, और तापमान वृद्धि भी चमकदार दक्षता को बहुत कम कर देगी। भले ही पैकेजिंग तकनीक उच्च गर्मी की अनुमति देती है, एलईडी चिप का संबंध तापमान स्वीकार्य मूल्य से अधिक हो सकता है। अंत में, उद्योग ने अंततः महसूस किया कि पैकेजिंग की गर्मी अपव्यय समस्या को हल करना मौलिक समाधान है।

एल ई डी के सेवा जीवन के संबंध में, उदाहरण के लिए, सिलिकॉन सीलिंग सामग्री और सिरेमिक पैकेजिंग सामग्री के उपयोग से एल ई डी के सेवा जीवन में 10 प्रतिशत की वृद्धि हो सकती है, विशेष रूप से सफेद एल ई डी के चमकदार स्पेक्ट्रम में 450nm से नीचे तरंग दैर्ध्य के साथ लघु-तरंग दैर्ध्य प्रकाश होता है, पारंपरिक एपॉक्सी राल सीलिंग सामग्री लघु-तरंग दैर्ध्य प्रकाश से क्षतिग्रस्त होना बहुत आसान है। उच्च शक्ति वाले सफेद एल ई डी की बड़ी मात्रा में सीलिंग सामग्री की गिरावट को तेज करता है। उद्योग के परीक्षण के परिणामों के अनुसार, उच्च शक्ति वाले सफेद एल ई डी की चमक 10, 000 घंटे से कम निरंतर प्रकाश व्यवस्था के लिए आधे से अधिक कम हो गई है, जो प्रकाश स्रोत को संतुष्ट नहीं कर सकती है। लंबे जीवन के लिए बुनियादी आवश्यकताएं।

एल ई डी की चमकदार दक्षता के संबंध में, चिप संरचना और पैकेजिंग संरचना में सुधार कम-शक्ति वाले सफेद एल ई डी के समान स्तर तक पहुंच सकता है। मुख्य कारण यह है कि जब वर्तमान घनत्व 2 गुना से अधिक बढ़ जाता है, तो न केवल बड़े चिप्स से प्रकाश निकालना मुश्किल होता है, बल्कि इससे चमकदार दक्षता भी होगी। यह कम-शक्ति वाली सफेद एलईडी की दुविधा जितनी अच्छी नहीं है। यदि चिप की इलेक्ट्रोड संरचना में सुधार किया जाता है, तो उपर्युक्त प्रकाश निष्कर्षण समस्या को सैद्धांतिक रूप से हल किया जा सकता है।

चमकदार विशेषताओं की एकरूपता के बारे में, आमतौर पर यह माना जाता है कि जब तक सफेद एलईडी की फॉस्फोर सामग्री की एकाग्रता की एकरूपता में सुधार होता है, फॉस्फोर की निर्माण तकनीक उपरोक्त समस्याओं को दूर करने में सक्षम होनी चाहिए।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, लागू शक्ति को बढ़ाते हुए, थर्मल प्रतिबाधा को कम करने और गर्मी अपव्यय की समस्या में सुधार करने का प्रयास करना आवश्यक है। विशिष्ट सामग्री हैं:

चिप से पैकेज तक थर्मल प्रतिरोध को कम करें

पैकेज से मुद्रित सर्किट तक थर्मल प्रतिबाधा को दबाएं

③चिप की गर्मी लंपटता की चिकनाई में सुधार

थर्मल प्रतिबाधा को कम करने के लिए, कई विदेशी एलईडी निर्माता तांबे और सिरेमिक सामग्री से बने हीट सिंक की सतह पर एलईडी चिप्स लगाते हैं, और फिर कूलिंग प्रशंसकों के उपयोग के लिए मुद्रित सर्किट बोर्ड पर गर्मी अपव्यय तारों को जोड़ने के लिए सोल्डरिंग विधियों का उपयोग करते हैं। जर्मनी में ओएसआरएएम ऑप्टो सेमीकंडक्टर्स जीएमबी के प्रयोगात्मक परिणामों के अनुसार मजबूर एयर कूलिंग के साथ कूलिंग फिन पर, एलईडी चिप से उपरोक्त संरचना के सोल्डर संयुक्त तक थर्मल प्रतिबाधा को 9 के / डब्ल्यू तक कम किया जा सकता है, जो लगभग 1/ पारंपरिक एलईडी के 6, और पैक की गई एलईडी 2W लागू होती है जब बिजली अधिक होती है, तो एलईडी चिप का संबंध तापमान मिलाप संयुक्त की तुलना में 18K अधिक होता है। यहां तक ​​कि अगर मुद्रित सर्किट बोर्ड का तापमान 500C तक बढ़ जाता है, तो बॉन्डिंग तापमान केवल लगभग 700C होता है। इसके विपरीत, एक बार थर्मल प्रतिबाधा कम हो जाने पर, एलईडी चिप का संबंध तापमान अधिक होगा। मुद्रित सर्किट बोर्ड के तापमान से प्रभावित, एलईडी चिप के तापमान को कम करने की कोशिश करना आवश्यक है, दूसरे शब्दों में, एलईडी चिप से मिलाप संयुक्त तक थर्मल प्रतिरोध को कम करना, जो प्रभावी रूप से ठंडा करने के बोझ को कम कर सकता है एलईडी चिप। इसके विपरीत, भले ही सफेद एलईडी में एक संरचना होती है जो थर्मल प्रतिरोध को दबाती है, अगर पैकेज से मुद्रित सर्किट बोर्ड तक गर्मी का संचालन नहीं किया जा सकता है, तो तापमान में वृद्धि के परिणामस्वरूप एलईडी की चमकदार दक्षता तेजी से गिर जाएगी। नेतृत्व करना। कंपनी सिरेमिक सब्सट्रेट पर फ्लिप चिप के रूप में 1 मिमी स्क्वायर ब्लू एलईडी को इनकैप्सुलेट करती है, और फिर कॉपर प्रिंटेड सर्किट बोर्ड की सतह पर सिरेमिक सब्सट्रेट को चिपकाती है। पैनासोनिक के अनुसार, मुद्रित सर्किट बोर्ड सहित पूरे मॉड्यूल का थर्मल प्रतिबाधा लगभग 15K/W है। के विषय में।

चूंकि गर्मी अपव्यय पंख और मुद्रित सर्किट बोर्ड के बीच आसंजन सीधे गर्मी चालन प्रभाव को प्रभावित करता है, मुद्रित सर्किट बोर्ड का डिज़ाइन बहुत जटिल हो जाता है। इसे देखते हुए, संयुक्त राज्य अमेरिका में लुमी और जापान में सिटीजन जैसे प्रकाश उपकरण और एलईडी पैकेजिंग निर्माताओं ने क्रमिक रूप से उच्च-शक्ति वाले एलईडी विकसित किए हैं। साधारण गर्मी अपव्यय तकनीक का उपयोग करते हुए, सफेद एलईडी पैकेज जिसे CITIZEN ने 2004 में नमूना देना शुरू किया था, विशेष संबंध तकनीक के बिना लगभग 2 ~ 3 मिमी की मोटाई के साथ गर्मी अपव्यय पंखों की गर्मी को सीधे निर्वहन कर सकता है। कंपनी के अनुसार, हालांकि एलईडी चिप्स की बॉन्डिंग 30K/W का थर्मल प्रतिबाधा बिंदु से कूलिंग फिन तक, OSRAM के 9K/W से बड़ा है, और कमरे का तापमान सामान्य रूप से थर्मल प्रतिबाधा को लगभग 1W बढ़ा देगा। पर्यावरण, लेकिन भले ही पारंपरिक मुद्रित सर्किट बोर्ड में मजबूर वायु शीतलन के लिए कोई शीतलन प्रशंसक न हो, सफेद रोशनी इसका उपयोग निरंतर प्रकाश व्यवस्था के लिए भी किया जा सकता है।

2005 में लुमिलेड्स ने जिस हाई-पावर एलईडी चिप का नमूना लेना शुरू किया, उसका बॉन्डिंग तापमान प्लस 1850C है, जो समान स्तर पर अन्य कंपनियों के उत्पादों की तुलना में 600C अधिक है। पारंपरिक RF4 प्रिंटेड सर्किट बोर्ड पैकेज का उपयोग करते समय, परिवेश का तापमान 1.5W पावर करंट (लगभग 400mA) के बराबर 400C की सीमा के भीतर इनपुट हो सकता है।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, Lumileds और CITIZEN ने जंक्शन के स्वीकार्य तापमान को बढ़ाने के लिए अपनाया है, जबकि जर्मनी के OSRAM ने 9K / W के अल्ट्रा-लो थर्मल प्रतिबाधा रिकॉर्ड को प्राप्त करने के लिए गर्मी अपव्यय फिन की सतह पर एलईडी चिप लगाई है, जो ओएसआरएएम के समान उत्पादों के पिछले विकास के थर्मल प्रतिबाधा से अधिक है। 40 प्रतिशत की कमी। यह उल्लेखनीय है कि एलईडी मॉड्यूल को पारंपरिक विधि के समान फ्लिप चिप विधि का उपयोग करके पैक किया जाता है, लेकिन जब एलईडी मॉड्यूल को थर्मल फिन से जोड़ा जाता है, तो एलईडी चिप के निकटतम प्रकाश उत्सर्जक परत को बॉन्डिंग सतह के रूप में चुना जाता है, ताकि प्रकाश उत्सर्जक हो सके परत की गर्मी को कम से कम दूरी पर चालन द्वारा समाप्त किया जा सकता है।

2003 में, तोशिबा लाइटिंग कं, लिमिटेड ने एक बार 400 मिमी वर्ग के एल्यूमीनियम मिश्र धातु की सतह पर 60lm / W कम तापीय प्रतिबाधा की चमकदार दक्षता के साथ एक सफेद एलईडी बिछाई, जिसमें शीतलन प्रशंसकों जैसे विशेष गर्मी अपव्यय घटकों के बिना, और एक बनाने की कोशिश की 300lm के बीम के साथ एलईडी मॉड्यूल। क्योंकि तोशिबा लाइटिंग कं, लिमिटेड के पास परीक्षण उत्पादन में समृद्ध अनुभव है, कंपनी ने कहा कि सिमुलेशन विश्लेषण प्रौद्योगिकी की प्रगति के कारण, 2006 के बाद 60 एलएम / डब्ल्यू से अधिक सफेद एल ई डी आसानी से उपयोग किया जा सकता है, फ्रेम की थर्मल चालकता हो सकती है सुधार हुआ है, या प्रकाश उपकरणों को शीतलन प्रशंसकों द्वारा मजबूर वायु शीतलन के साथ डिजाइन किया जा सकता है। मॉड्यूल संरचना जिसमें विशेष शीतलन तकनीक की आवश्यकता नहीं होती है, वह भी सफेद एल ई डी का उपयोग कर सकता है।

एल ई डी की लंबी उम्र के संबंध में, एलईडी निर्माताओं द्वारा उठाए गए वर्तमान काउंटरमेशर्स सीलिंग सामग्री को बदलना है, और साथ ही साथ सीलिंग सामग्री में फ्लोरोसेंट सामग्री को फैलाना है, विशेष रूप से सिलिकॉन सीलिंग सामग्री पारंपरिक से ऊपर एपॉक्सी राल सीलिंग सामग्री से बेहतर है। नीले और निकट-पराबैंगनी एलईडी चिप्स। सामग्री के बिगड़ने की गति और प्रकाश संप्रेषण में कमी को दबाने के लिए यह अधिक प्रभावी है।

चूंकि 400 ~ 450 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ एपॉक्सी राल अवशोषित प्रकाश का प्रतिशत 45 प्रतिशत जितना अधिक है, सिलिकॉन सीलिंग सामग्री 1 प्रतिशत से कम है, और एपॉक्सी राल की चमक को कम करने का समय 10 से कम है, {{ 5}} घंटे, और सिलिकॉन सीलिंग सामग्री को लगभग 40, 000 घंटे तक बढ़ाया जा सकता है, जो लगभग प्रकाश उपकरणों के डिजाइन जीवन के समान है, जिसका अर्थ है कि सफेद एल ई डी को बदलने की आवश्यकता नहीं है प्रकाश उपकरणों के उपयोग के दौरान। हालांकि, सिलिकॉन राल एक अत्यधिक लोचदार और नरम सामग्री है, और एक निर्माण तकनीक जो सिलिकॉन राल की सतह को खरोंच नहीं करती है, प्रसंस्करण के दौरान उपयोग की जानी चाहिए। इसके अलावा, प्रक्रिया के दौरान सिलिकॉन राल आसानी से धूल से जुड़ा होता है। इसलिए, ऐसी तकनीकों को विकसित करना आवश्यक है जो भविष्य में सतह की विशेषताओं में सुधार कर सकें।

हालांकि सिलिकॉन सीलिंग सामग्री 40, 000 घंटे के लिए एल ई डी की सेवा जीवन सुनिश्चित कर सकती है, प्रकाश उपकरण उद्योग के अलग-अलग विचार हैं। मुख्य बहस यह है कि पारंपरिक गरमागरम लैंप और फ्लोरोसेंट लैंप की सेवा जीवन को "चमक को 30 प्रतिशत या उससे कम तक कम" के रूप में परिभाषित किया गया है। यदि एल ई डी के रुकने का समय 40, 000 घंटे है, यदि चमक 30 प्रतिशत से कम हो जाती है, तो केवल 20, 000 घंटे शेष हैं। घटकों के सेवा जीवन को बढ़ाने के लिए वर्तमान में दो प्रतिवाद हैं, अर्थात्:

1. सफेद एल ई डी के समग्र तापमान वृद्धि को दबाएं;

2. राल एनकैप्सुलेशन का उपयोग करना बंद करें।

आमतौर पर यह माना जाता है कि यदि उपरोक्त दो जीवन विस्तार उपायों को पूरी तरह से लागू किया जाए, तो 40,000 घंटे के लिए 30 प्रतिशत चमक की आवश्यकता को प्राप्त किया जा सकता है। सफेद एल ई डी के तापमान वृद्धि को दबाने के लिए, एलईडी पैकेजिंग मुद्रित सर्किट बोर्ड को ठंडा करने की विधि का उपयोग किया जा सकता है। मुख्य कारण यह है कि उच्च तापमान की स्थिति और मजबूत प्रकाश विकिरण के तहत पैकेजिंग राल तेजी से खराब हो जाएगी। अरहेनियस नियम के अनुसार, यदि तापमान 100C कम हो जाता है, तो जीवन 2 गुना बढ़ जाएगा।

राल एनकैप्सुलेशन के उपयोग को रोकना पूरी तरह से गिरावट कारक को समाप्त कर सकता है, क्योंकि एलईडी द्वारा उत्पन्न प्रकाश इनकैप्सुलेशन राल में परिलक्षित होता है। यदि आप एक राल परावर्तक का उपयोग करते हैं जो चिप के किनारे पर प्रकाश की दिशा बदल सकता है, तो परावर्तक प्रकाश को अवशोषित करेगा, इसलिए निकाले गए प्रकाश की मात्रा तेज होगी। यही मुख्य कारण है कि एलईडी निर्माता लगातार सिरेमिक और धातु पैकेजिंग सामग्री का उपयोग करते हैं।

सफेद एलईडी चिप्स की चमकदार दक्षता में सुधार करने के दो तरीके हैं। एक बड़ी एलईडी चिप का उपयोग उस क्षेत्र के साथ करना है जो एक छोटी चिप (लगभग 1 मिमी 2) से 10 गुना बड़ा है; एकल मॉड्यूल। यद्यपि एक बड़ी एलईडी चिप एक बड़ी बीम प्राप्त कर सकती है, चिप क्षेत्र को बढ़ाने से नुकसान होगा, जैसे कि चिप में प्रकाश उत्सर्जक परत की असमान विद्युत सीमा, सीमित प्रकाश उत्सर्जक भाग, और चिप के अंदर उत्पन्न प्रकाश का गंभीर क्षीणन जब यह बाहर की ओर विकिरणित होता है। उपरोक्त समस्याओं के जवाब में, एलईडी निर्माताओं ने इलेक्ट्रोड संरचना में सुधार करके, फ्लिप चिप पैकेजिंग विधि को अपनाकर और चिप सतह प्रसंस्करण कौशल को एकीकृत करके 50lm / W की चमकदार दक्षता हासिल की है।

पूरे चिप की विद्युत समानता के संबंध में, दो या तीन साल पहले कंघी के आकार और जाल के आकार (जाल) पी-प्रकार के इलेक्ट्रोड की उपस्थिति के बाद से, इस पद्धति का उपयोग करने वाले निर्माताओं की संख्या में वृद्धि जारी है, और इलेक्ट्रोड भी हैं अनुकूलन की दिशा में विकसित हो रहा है।

फ्लिप चिप पैकेजिंग विधि के बारे में, क्योंकि प्रकाश उत्सर्जक परत पैकेज के अंत के करीब है, गर्मी का उत्सर्जन करना आसान है, और प्रकाश उत्सर्जक परत से प्रकाश इलेक्ट्रोड द्वारा परिरक्षित होने की परेशानी के बिना बाहर की ओर विकीर्ण होता है। इसलिए, US Lumileds और Japan Toyoda Gosei ने आधिकारिक तौर पर फ्लिप चिप पैकेजिंग पद्धति को अपनाया है। 2005 में मत्सुशिता इलेक्ट्रिक, मत्सुशिता इलेक्ट्रिक वर्क्स और तोशिबा, जिन्होंने बड़े पैमाने पर एलईडी का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू किया, ने भी इसका अनुसरण किया। Nichia, जो अतीत में वायर बॉन्डिंग पैकेजिंग का उपयोग करता था, और 2004 में जारी 50lm/W ग्राहक-विशिष्ट LED ने भी फ्लिप चिप पैकेजिंग का उपयोग किया।

चिप की सतह प्रसंस्करण के संबंध में, यह प्रकाश को चिप के अंदर से चिप के बाहर से परावर्तित होने से इंटरफ़ेस पर प्रतिबिंबित होने से रोक सकता है। एक जापानी एलईडी निर्माता के अनुसार, जब फ्लिप चिप पैकेजिंग, यदि प्रकाश निष्कर्षण भाग पर नीलम सब्सट्रेट पर अवतल-उत्तल संरचना सेट की जाती है, तो चिप के बाहर का निष्कर्षण नहीं होगा। बीम को 30 प्रतिशत तक बढ़ाया जा सकता है।