Tuổi thọ của đèn LED ánh sáng trắng, công nghệ tiêu thụ điện năng cao và tiêu thụ điện năng thấp
Trong quá khứ, để tạo ra lợi nhuận đầy đủ của chùm sáng, ngành công nghiệp đã phát triển kích thước lớn và cố gắng đạt được mục tiêu mong muốn bằng phương pháp này, nhưng trên thực tế, khi công suất sử dụng của đèn LED trắng tiếp tục vượt quá 1W, chùm sáng sẽ giảm và hiệu suất phát sáng sẽ tương đối giảm 20 ~ 30 phần trăm. Nói cách khác, nếu độ sáng của đèn LED trắng lớn hơn nhiều lần so với đèn LED truyền thống và đặc tính tiêu thụ điện năng vượt trội hơn đèn huỳnh quang thì trước hết phải khắc phục bốn vấn đề lớn sau: a. ngăn chặn sự tăng nhiệt độ; b. đảm bảo tuổi thọ công trình; c. nâng cao hiệu suất phát sáng d. Cân bằng đặc tính phát sáng.
Phương pháp cụ thể cho vấn đề tăng nhiệt độ là giảm trở kháng nhiệt của gói; phương pháp cụ thể để duy trì tuổi thọ của đèn LED là cải thiện hình dạng của chip và sử dụng chip nhỏ; phương pháp cụ thể để cải thiện hiệu suất phát sáng của đèn LED là cải tiến cấu trúc chip và sử dụng chip nhỏ; như đối với các đặc tính phát sáng đồng đều Phương pháp cụ thể là cải tiến phương pháp đóng gói của đèn LED. Người ta thường tin rằng đèn LED trắng dự kiến sẽ áp dụng các biện pháp nêu trên vào năm 2005 ~ 2006.
Việc phát triển Jingwei để tăng công suất sẽ khiến trở kháng nhiệt của gói giảm mạnh xuống dưới 10K / W. Vì vậy, các công ty nước ngoài đã phát triển đèn LED trắng chịu nhiệt độ cao để cố gắng cải thiện các vấn đề trên. Tuy nhiên, nhiệt lượng thực tế cao hơn hàng chục lần so với đèn LED công suất thấp. Điều trên, và sự tăng nhiệt độ cũng sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất phát sáng. Ngay cả khi công nghệ đóng gói cho phép nhiệt cao, nhiệt độ liên kết của chip LED có thể vượt quá giá trị cho phép. Cuối cùng, ngành công nghiệp cuối cùng đã nhận ra rằng giải quyết vấn đề tản nhiệt của bao bì là giải pháp cơ bản.
Về tuổi thọ của đèn LED, ví dụ, việc sử dụng vật liệu niêm phong silicon và vật liệu đóng gói bằng gốm có thể làm tăng tuổi thọ của đèn LED lên 10%, đặc biệt là quang phổ phát sáng của đèn LED trắng chứa ánh sáng có bước sóng ngắn với bước sóng dưới 450nm, epoxy truyền thống vật liệu làm kín bằng nhựa thông Rất dễ bị hư hỏng bởi ánh sáng có bước sóng ngắn. Lượng ánh sáng lớn của đèn LED trắng công suất cao làm tăng tốc độ hư hỏng của vật liệu bịt kín. Theo kết quả kiểm tra của ngành, độ sáng của đèn LED trắng công suất cao đã giảm hơn một nửa trong thời gian chiếu sáng liên tục dưới 10, 000 giờ, điều này không thể đáp ứng nguồn sáng. Các yêu cầu cơ bản để có tuổi thọ cao.
Về hiệu suất phát sáng của đèn LED, cải tiến cấu trúc chip và cấu trúc đóng gói có thể đạt mức tương đương với đèn LED trắng công suất thấp. Nguyên nhân chính là do khi mật độ dòng điện tăng lên hơn 2 lần, không những khó tách ánh sáng từ các chip lớn mà còn dẫn đến hiệu suất phát sáng. Nó không tốt bằng sự tiến thoái lưỡng nan của đèn LED trắng công suất thấp. Nếu cấu trúc điện cực của chip được cải thiện, vấn đề khai thác ánh sáng nói trên về mặt lý thuyết có thể được giải quyết.
Về tính đồng nhất của các đặc tính phát sáng, người ta thường tin rằng miễn là sự đồng đều về nồng độ của vật liệu phosphor của đèn LED trắng được cải thiện, thì công nghệ sản xuất phosphor sẽ có thể khắc phục được các vấn đề trên.
Như đã nói ở trên, trong khi tăng công suất tác dụng, cần cố gắng giảm trở kháng nhiệt và cải thiện vấn đề tản nhiệt. Nội dung cụ thể là:
① Giảm điện trở nhiệt từ chip sang gói
② Khắc phục trở kháng nhiệt từ gói đến mạch in
③Cải thiện khả năng tản nhiệt của chip
Để giảm trở kháng nhiệt, nhiều nhà sản xuất đèn LED nước ngoài đặt chip LED lên bề mặt tản nhiệt bằng chất liệu đồng, gốm, sau đó dùng phương pháp hàn nối các dây tản nhiệt trên bảng mạch in với mục đích sử dụng của quạt giải nhiệt. Trên các cánh tản nhiệt có giải nhiệt cưỡng bức bằng không khí, theo kết quả thí nghiệm của OSRAM Opto Semiconductors Gmb tại Đức, trở kháng nhiệt từ chip LED đến mối hàn của cấu trúc trên có thể giảm 9K / W, tức là khoảng 1 / 6 của đèn LED truyền thống và đèn LED đóng gói áp dụng 2W Khi công suất cao, nhiệt độ liên kết của chip LED cao hơn 18K so với nhiệt độ của mối hàn. Ngay cả khi nhiệt độ của bảng mạch in tăng lên 500C thì nhiệt độ liên kết tối đa chỉ khoảng 700C. Ngược lại, một khi trở kháng nhiệt giảm, nhiệt độ liên kết của chip LED sẽ cao hơn. Bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ của bảng mạch in, cần phải cố gắng giảm nhiệt độ của chip LED, hay nói cách khác là giảm điện trở nhiệt từ chip LED đến mối hàn, có thể giảm gánh nặng làm mát hiệu quả. Chip LED. Ngược lại, ngay cả khi đèn LED trắng có cấu trúc triệt tiêu điện trở nhiệt, nếu không thể dẫn nhiệt từ gói đến bảng mạch in, hiệu suất phát sáng của đèn LED sẽ giảm mạnh do nhiệt độ của đèn tăng lên. DẪN ĐẾN. Công ty bọc đèn LED màu xanh lam vuông 1mm trên nền gốm dưới dạng chip lật, sau đó dán chất nền gốm lên bề mặt của bảng mạch in bằng đồng. Theo Panasonic, trở kháng nhiệt của toàn bộ mô-đun bao gồm cả bảng mạch in là khoảng 15K / W. Về.
Do độ bám dính giữa vây tản nhiệt và bo mạch in ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả dẫn nhiệt nên việc thiết kế bo mạch in trở nên rất phức tạp. Theo quan điểm này, các nhà sản xuất thiết bị chiếu sáng và bao bì LED như Lumi ở Hoa Kỳ và CITIZEN ở Nhật Bản đã liên tiếp phát triển đèn LED công suất cao. Sử dụng công nghệ tản nhiệt đơn giản, gói đèn LED trắng mà CITIZEN bắt đầu lấy mẫu vào năm 2004 có thể xả trực tiếp nhiệt của các cánh tản nhiệt có độ dày khoảng 2 ~ 3mm ra bên ngoài mà không cần công nghệ liên kết đặc biệt. Theo công ty, mặc dù liên kết của các chip LED. Trở kháng nhiệt 30K / W từ điểm đến vây làm mát lớn hơn 9K / W của OSRAM, và nhiệt độ phòng sẽ làm tăng trở kháng nhiệt khoảng 1W ở mức bình thường. môi trường, nhưng ngay cả khi bảng mạch in truyền thống không có quạt làm mát để làm mát không khí cưỡng bức, đèn trắng Nó cũng có thể được sử dụng để chiếu sáng liên tục.
Chip LED công suất cao mà Lumileds bắt đầu lấy mẫu vào năm 2005 có nhiệt độ liên kết cao hơn cộng thêm 1850C, cao hơn 600C so với các sản phẩm cùng cấp của các công ty khác. Khi sử dụng gói bảng mạch in RF4 truyền thống, nhiệt độ môi trường có thể được đưa vào trong phạm vi 400C tương đương với dòng điện 1,5W (khoảng 400mA).
Như đã đề cập ở trên, Lumileds và CITIZEN đã áp dụng để tăng nhiệt độ cho phép của điểm nối, trong khi OSRAM của Đức đã đặt chip LED trên bề mặt của vây tản nhiệt để đạt được kỷ lục trở kháng nhiệt cực thấp là 9K / W, cao hơn trở kháng nhiệt của quá trình phát triển các sản phẩm tương tự trước đây của OSRAM. Giảm 40 phần trăm. Điều đáng nói là mô-đun LED được đóng gói bằng phương pháp chip lật giống như phương pháp truyền thống, nhưng khi mô-đun LED được liên kết với vây nhiệt, lớp phát sáng gần chip LED nhất được chọn làm bề mặt liên kết, để làm cho ánh sáng phát ra Nhiệt của lớp có thể được tiêu tán bằng cách dẫn truyền trên một khoảng cách ngắn nhất.
Năm 2003, Toshiba Lighting Co., Ltd. đã từng đặt một đèn LED trắng có hiệu suất phát sáng trở kháng nhiệt thấp 60lm / W trên bề mặt hợp kim nhôm hình vuông 400mm, không có các bộ phận tản nhiệt đặc biệt như quạt làm mát, và cố gắng chế tạo Môđun LED với chùm sáng 300lm. Bởi vì Công ty TNHH Chiếu sáng Toshiba có bề dày kinh nghiệm trong sản xuất thử nghiệm, công ty cho biết do sự tiến bộ của công nghệ phân tích mô phỏng, các đèn LED trắng vượt quá 60lm / W sau năm 2006 có thể dễ dàng sử dụng, độ dẫn nhiệt của khung có thể được cải tiến, hoặc thiết bị chiếu sáng có thể được thiết kế làm mát bằng không khí cưỡng bức bằng quạt làm mát. Cấu trúc mô-đun không yêu cầu công nghệ làm mát đặc biệt cũng có thể sử dụng đèn LED trắng.
Về tuổi thọ của đèn LED, các biện pháp đối phó hiện nay của các nhà sản xuất đèn LED là thay đổi vật liệu làm kín, đồng thời phân tán vật liệu huỳnh quang trong vật liệu làm kín, đặc biệt là vật liệu làm kín silicon tốt hơn vật liệu làm kín bằng nhựa epoxy ở trên truyền thống. chip LED xanh và gần tia cực tím. Nó hiệu quả hơn để ngăn chặn tốc độ hư hỏng của vật liệu và giảm độ truyền ánh sáng.
Vì phần trăm nhựa epoxy hấp thụ ánh sáng có bước sóng 400 ~ 450nm cao tới 45 phần trăm, vật liệu làm kín silicon là dưới 1 phần trăm và thời gian để giảm một nửa độ sáng của nhựa epoxy là nhỏ hơn 10, {{ 5}} giờ và vật liệu làm kín silicon có thể được kéo dài đến Khoảng 40, 000 giờ, gần bằng với tuổi thọ thiết kế của thiết bị chiếu sáng, có nghĩa là đèn LED trắng không cần thay thế trong quá trình sử dụng thiết bị chiếu sáng. Tuy nhiên, nhựa silicone là một vật liệu có độ đàn hồi cao và mềm, và phải sử dụng công nghệ sản xuất để không làm xước bề mặt của nhựa silicone trong quá trình xử lý. Ngoài ra, nhựa silicon rất dễ bị bám bụi trong quá trình sử dụng. Vì vậy, cần phải phát triển các công nghệ có thể cải thiện các đặc tính bề mặt trong tương lai.
Mặc dù vật liệu làm kín silicon có thể đảm bảo tuổi thọ của đèn LED trong 40, 000 giờ, ngành công nghiệp thiết bị chiếu sáng có quan điểm khác. Cuộc tranh luận chính là tuổi thọ của đèn sợi đốt và đèn huỳnh quang truyền thống được định nghĩa là "độ sáng giảm xuống 30 phần trăm hoặc ít hơn". Nếu thời gian giảm một nửa của đèn LED là 40, 000 giờ, nếu giảm độ sáng xuống dưới 30 phần trăm, thì chỉ còn khoảng 20, 000 giờ. Hiện có hai giải pháp để kéo dài tuổi thọ của các bộ phận, đó là:
1. Ngăn chặn sự gia tăng nhiệt độ tổng thể của đèn LED trắng;
2. Ngừng sử dụng nhựa bao bọc.
Người ta thường tin rằng nếu hai biện pháp kéo dài tuổi thọ ở trên được thực hiện triệt để, thì có thể đạt được yêu cầu về độ sáng 30 phần trăm trong 40, 000 giờ. Để ngăn chặn sự gia tăng nhiệt độ của đèn LED trắng, có thể sử dụng phương pháp làm mát bảng mạch in bao bì LED. Nguyên nhân chính là do nhựa bao bì sẽ bị biến chất nhanh chóng khi ở trạng thái nhiệt độ cao và bức xạ ánh sáng mạnh. Theo định luật Arrhenius, tuổi thọ sẽ được kéo dài thêm 2 lần nếu giảm nhiệt độ đi 100C.
Việc ngừng sử dụng nhựa bao bọc có thể loại bỏ hoàn toàn yếu tố làm suy giảm chất lượng, vì ánh sáng do đèn LED tạo ra được phản xạ trong nhựa bao bọc. Nếu bạn sử dụng một tấm phản quang bằng nhựa có thể thay đổi hướng ánh sáng ở mặt bên của con chip, tấm phản xạ sẽ hấp thụ ánh sáng, do đó lượng ánh sáng đưa ra sẽ sắc nét. Đây là lý do chính tại sao các nhà sản xuất đèn LED luôn sử dụng vật liệu đóng gói bằng gốm và kim loại.
Có hai cách để cải thiện hiệu suất phát sáng của chip LED trắng. Một là sử dụng chip LED lớn với diện tích lớn hơn 10 lần so với chip nhỏ (khoảng 1mm2); Mô-đun đơn. Mặc dù chip LED lớn có thể thu được chùm sáng lớn, nhưng việc tăng diện tích chip sẽ có những nhược điểm, chẳng hạn như ranh giới điện không đồng đều của lớp phát sáng trong chip, các bộ phận phát sáng bị hạn chế và sự suy giảm nghiêm trọng của ánh sáng tạo ra bên trong chip. khi nó được bức xạ ra bên ngoài. Để giải quyết các vấn đề trên, các nhà sản xuất đèn LED đã đạt được hiệu suất phát sáng 50lm / W bằng cách cải tiến cấu trúc điện cực, áp dụng phương pháp đóng gói chip lật và tích hợp các kỹ năng xử lý bề mặt chip.
Về sự bình đẳng điện của toàn bộ chip, kể từ khi xuất hiện các điện cực loại p hình răng lược và hình mắt lưới (lưới) cách đây hai hoặc ba năm, số lượng các nhà sản xuất sử dụng phương pháp này đã tiếp tục tăng lên, và các điện cực cũng phát triển theo hướng tối ưu hóa.
Về phương pháp đóng gói bằng chip lật, do lớp xuyên sáng nằm sát đầu gói nên dễ tỏa nhiệt, ánh sáng từ lớp hắt sáng tỏa ra bên ngoài mà không bị các điện cực che chắn. Vì vậy, Lumileds của Mỹ và Toyoda Gosei của Nhật Bản đã chính thức áp dụng phương pháp đóng gói bằng chip lật. Năm 2005, Matsushita Electric, Matsushita Electric Works và Toshiba, bắt đầu sản xuất hàng loạt đèn LED quy mô lớn, cũng theo sau. Nichia, trước đây đã sử dụng bao bì liên kết dây và đèn LED 50lm / W dành riêng cho khách hàng được phát hành vào năm 2004 cũng sử dụng bao bì chip lật.
Về xử lý bề mặt của chip, nó có thể ngăn chặn ánh sáng từ bên trong chip phản xạ ra bên ngoài chip tại giao diện. Theo nhà sản xuất đèn LED Nhật Bản, khi đóng gói chip lật, nếu đặt cấu trúc lồi - lõm trên nền sapphire ở phần chiết sáng thì hiện tượng bóc tách bên ngoài chip sẽ không xảy ra. Chùm tia có thể được tăng lên 30 phần trăm.
