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如何提高LED灯的取光效率

2020-01-18 11:31 次阅读

  常规LED灯存在着亮度不足等缺憾,而导致普及率不够。功率型LED灯却有着亮度足使用寿命长等优势,但是功率型LED却有着封装等技术困难,下面贤集网小编与大家分享影响功率型LED封装取光效率的因素有哪些,如何提升LED产品封装的取光效率?

  影响取光效率的LED封装的因素有哪些?

如何提高LED灯的取光效率

  1.散热技术

  对于由PN结组成的发光二极管,当正向电流从PN结流过时,PN结有发热损耗,这些热量经由粘结胶、灌封材料、热沉等,辐射到空气中,在这个过程中每一部分材料都有阻止热流的热阻抗,也就是热阻,热阻是由器件的尺寸、结构及材料所决定的固定值。设发光二极管的热阻为Rth(℃/W),热耗散功率为PD(W),此时由于电流的热损耗而引起的PN结温度上升为:

  T(℃)=Rth×PD

  PN结结温为:

  TJ=TA+Rth×PD

  其中TA为环境温度。由于结温的上升会使PN结发光复合的几率下降,发光二极管的亮度就会下降。同时,由于热损耗引起的温升增高,发光二极管亮度将不再继续随着电流成比例提高,即显示出热饱和现象。另外,随着结温的上升,发光的峰值波长也将向长波方向漂移,约0.2-0.3nm/℃,这对于通过由蓝光芯片涂覆YAG荧光粉混合得到的白色LED来说,蓝光波长的漂移,会引起与荧光粉激发波长的失配,从而降低白光LED的整体发光效率,并导致白光色温的改变。

  对于功率发光二极管来说,驱动电流一般都为几百毫安以上,PN结的电流密度非常大,所以PN结的温升非常明显。对于封装和应用来说,如何降低产品的热阻,使PN结产生的热量能尽快的散发出去,不仅可提高产品的饱和电流,提高产品的发光效率,同时也提高了产品的可靠性和寿命。为了降低产品的热阻,首先封装材料的选择显得尤为重要,包括热沉、粘结胶等,各材料的热阻要低,即要求导热性能良好。其次结构设计要合理,各材料间的导热性能连续匹配,材料之间的导热连接良好,避免在导热通道中产生散热瓶颈,确保热量从内到外层层散发。同时,要从工艺上确保,热量按照预先设计的散热通道及时的散发出去。

  2.填充胶的选择

  根据折射定律,光线从光密介质入射到光疏介质时,当入射角达到一定值,即大于等于临界角时,会发生全发射。以GaN蓝色芯片来说,GaN材料的折射率是2.3,当光线从晶体内部射向空气时,根据折射定律,临界角θ0=sin-1(n2/n1)。

  其中n2等于1,即空气的折射率,n1是GaN的折射率,由此计算得到临界角θ0约为25.8度。在这种情况下,能射出的光只有入射角≤25.8度这个空间立体角内的光。据报导,目前GaN芯片的外量子效率在30%-40%左右,因此,由于芯片晶体的内部吸收,能射出到晶体外面光线的比例很少。据报导,目前GaN芯片的外量子效率在30%-40%左右。同样,芯片发出的光要透过封装材料,传送到空间,也要考虑材料对取光效率的影响。

  所以,为了提高LED产品封装的取光效率,必须提高n2的值,即提高封装材料的折射率,以提高产品的临界角,从而提高产品的封装发光效率。同时,封装材料对光线的吸收要小。为了提高出射光的比例,封装的外形最好是拱形或半球形,这样,光线从封装材料射向空气时,几乎是垂直射到界面,因而不再产生全反射。

  3.反射处理

  反射处理主要有两方面,一是芯片内部的反射处理,二是封装材料对光的反射,通过内、外两方面的反射处理,来提高从芯片内部射出的光通比例,减少芯片内部吸收,提高功率LED成品的发光效率。从封装来说,功率型LED通常是将功率型芯片装配在带反射腔的金属支架或基板上,支架式的反射腔一般是采取电镀方式提高反射效果,而基板式的反射腔一般是采用抛光方式,有条件的还会进行电镀处理,但以上两种处理方式受模具精度及工艺影响,处理后的反射腔有一定的反射效果,但并不理想。目前国内制作基板式的反射腔,由于抛光精度不足或金属镀层的氧化,反射效果较差,这样导致很多光线在射到反射区后被吸收,无法按预期的目标反射至出光面,从而导致最终封装后的取光效率偏低。

  4.荧光粉选择与涂覆

  对于白色功率型LED来说,发光效率的提高还与荧光粉的选择和工艺处理有关。为了提高荧光粉激发蓝色芯片的效率,首先荧光粉的选择要合适,包括激发波长、颗粒度大小、激发效率等,需全面考核,兼顾各个性能。其次,荧光粉的涂覆要均匀,最好是相对发光芯片各个发光面的胶层厚度均匀,以免因厚度不均造成局部光线无法射出,同时也可改善光斑的质量。

  二、结论

  良好的散热设计对提高功率型LED产品发光效率有着显着的作用,同时也是确保产品寿命和可靠性的前提。而设计良好的出光通道,这里着重指反射腔、填充胶等的结构设计、材料选择和工艺处理,可以有效提高功率型LED的取光效率。对功率型白光LED来说,荧光粉的选择和工艺设计,对光斑的改善和发光效率的提高也至关重要。

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NCV7685 12通道60 mA LED线性电流驱动器I2C可控 适用于汽车应用

5由十二个带共同参考的线性可编程恒流源组成。该器件设计用于汽车应用LED的调节和控制。 NCV7685允许128个不同的占空比电平,可通过I2C串行接口编程的每个输出通道独立使用脉冲宽度调制(PWM)进行调节。 PWM频率可以选择四种不同的配置,最高可达1200 Hz。该器件可与使用I2C总线的微控制器应用一起使用,也可在独立应用中使用,可在两种不同的静态配置设置之间进行选择。该IC还为应用提供3.3 V电压基准,最大负载为1 mA。使用外部电阻可轻松编程LED亮度等级。每个通道都有一个内部电路,可通过可选的自动恢复模式检测开路负载条件。如果一个驱动器处于开路负载状态,则可以根据可编程位设置关闭所有其他通道。该器件采用小体型SSOP24-EP封装。 特性 12个通用电流可编程电源,最高60 mA 通过PC为每个通道提供独立的PWM占空比控制 通过I2C进行通用PWM占空比控制 片上150,300,600和1200 Hz PWM 打开LED灯串诊断 预调节器应用的低压差操作 单电流设定点的电阻 电压参考3.3 V / 1 mA 带有CRC8错误检测的8位I2C接口 OTP Bank for Stand-...
发表于 07-30 11:02 139次 阅读
NCV7685 12通道60 mA LED线性电流驱动器I2C可控 适用于汽车应用

NCV78723 高效降压双LED驱动器 集成电流检测 适用于汽车前照灯

23是一款单芯片高效降压双LED驱动器,专为汽车前照灯应用而设计,如远光灯,近光灯,DRL(日间行车灯),转向指示灯,雾灯,静态转弯等.NCV78723特别适用于高电流LED,并提供完整的解决方案,可驱动2个高达60 V的LED串。它包括2个用于LED灯串的独立电流调节器,以及用于汽车前照灯的所需诊断功能,只需极少的外部元件 - 芯片不需要任何外部检测电阻来实现降压电流调节。可根据单个LED灯串定制可用的输出电流和电压。当1个模块需要2个以上的LED通道时,可以组合2个,3个以上的NCV78723设备。还有NCV78713器件 - NCV78723的衍生产品,包含降压单LED驱动器。由于SPI可编程性,单个硬件配置可以支持各种应用程序平台。 特性 单片 降压拓扑 2 LED指向上行60 V 高电流能力,每路输出高达1.6 A DC 整体效率高 最低外部组件 集成高精度电流感应 集成开关模式降压电流稳压器 平均电流通过LED进行调节 降低电感尺寸的高工作频率 LED开关和调光的低EMC辐射 用于动态控制系统参数的SPI接口 故障安全操作(FSO)模式,独立模...
发表于 07-30 11:02 152次 阅读
NCV78723 高效降压双LED驱动器 集成电流检测 适用于汽车前照灯

HLMP-1521-E00A2 T-1(3mm)高强度LED灯

此T-1灯专为需要比标准灯可实现的轴上强度更高的应用而设计。产生的光被聚焦到一个狭窄的beem以实现这种效果。 特征 高强度 流行的T-1直径包装 选择的最小强度 窄视角
发表于 07-04 11:35 24次 阅读
HLMP-1521-E00A2 T-1(3mm)高强度LED灯

HLMP-K401 T-1(3mm)漫射LED灯

该T-1灯广泛用于通用指示器应用。扩散剂,色调和光学设计均衡,可产生出色的光输出和宽视角。有多种强度可供选择,以提高设计灵活性。 特点 高强度流行的T1直径包装中的橙色选定的最小强度宽视野角度通用引线可靠且坚固可以批量提供
发表于 07-04 11:35 23次 阅读
HLMP-K401 T-1(3mm)漫射LED灯

HLMP-1503-D0002 T-1(3mm)漫射LED灯

该系列T-1灯广泛用于通用指示器应用。扩散剂,色调和光学设计均衡,可产生出色的光输出和宽视角。多种强度选择可用于提高设计灵活性。 特点 高强度 热门T-1直径包装 选择的最小强度 宽视角 通用引线 可靠且坚固
发表于 07-04 11:35 25次 阅读
HLMP-1503-D0002 T-1(3mm)漫射LED灯

HLMP-1503-C00A2 T-1(3mm)漫射LED灯

该系列T-1灯广泛用于通用指示器应用。扩散剂,色调和光学设计均衡,可产生出色的光输出和宽视角。多种强度选择可用于提高设计灵活性。 特点 高强度 热门T-1直径包装 选择的最小强度 宽视角 通用引线 可靠且坚固
发表于 07-04 11:34 26次 阅读
HLMP-1503-C00A2 T-1(3mm)漫射LED灯

HLMP-1340-J0002 T-1(3mm)高强度LED灯

此T-1灯专为需要比标准灯可实现的轴上强度更高的应用而设计。产生的光聚焦成窄光束以实现这种效果。 特征 高强度流行的T1直径封装中的高效红色选定的最小值强度窄视角通用引线可靠且坚固可用于卷带
发表于 07-04 11:34 18次 阅读
HLMP-1340-J0002 T-1(3mm)高强度LED灯

HLMP-K101-I0002 T-1(3mm),高强度,双异质结AlGaAs红色LED灯

固态LED灯采用新开发的双异质结(DH)AlGaAs / GaAs材料技术。这种LED材料在很宽的驱动电流范围内具有出色的光输出效率。主波长为637纳米时,颜色为深红色。该灯可以是直流或脉冲驱动,以实现所需的光输出。 功能 卓越的亮度 宽视角角度 出色的材料效率 低正向电压 CMOS / MOS兼容 TTL兼容 深红流行的T-1包装中的颜色 以卷带和卷轴提供
发表于 07-04 11:34 28次 阅读
HLMP-K101-I0002 T-1(3mm),高强度,双异质结AlGaAs红色LED灯

HLMP-NG07 T-1(3 mm)自动插入式LED灯

这款3毫米LED灯能够承受自动插入和波峰焊接工艺。采用厚环氧树脂法兰和柔软的引线框架材料设计,是切割和切割操作的理想选择。 特点 T-1(3 mm)自动插入式包装高光输出宽视角
发表于 07-04 11:34 18次 阅读
HLMP-NG07 T-1(3 mm)自动插入式LED灯

HLMP-K101 T-1(3mm),高强度,双异质结AlGaAs红色LED灯

固态LED灯采用新开发的双异质结(DH)AlGaAs / GaAs材料技术。这种LED材料在很宽的驱动电流范围内具有出色的光输出效率。主波长为637纳米时,颜色为深红色。该灯可以是直流或脉冲驱动,以实现所需的光输出。   功能 卓越的亮度 宽视角 出色的材料效率 低正向电压 CMOS / MOS兼容 TTL兼容 流行的T-1包装中的深红色 可以批量提供
发表于 07-04 11:34 31次 阅读
HLMP-K101 T-1(3mm),高强度,双异质结AlGaAs红色LED灯

HLMP-1421-F00A2 T-1(3mm)高强度LED灯

此T-1灯专为需要比标准灯可实现的轴上强度更高的应用而设计。产生的光聚焦成窄光束以达到这种效果。 特征 高强度 流行的T1直径包装中的黄色 选择的最小强度 窄视角 通用引线 可靠且坚固 可在磁带和卷盘上使用
发表于 07-04 11:34 34次 阅读
HLMP-1421-F00A2 T-1(3mm)高强度LED灯

HLMP-1503-DE000 T-1(3mm)漫射LED灯

该系列T-1灯广泛用于通用指示器应用。扩散剂,色调和光学设计均衡,可产生出色的光输出和宽视角。多种强度选择可用于提高设计灵活性。 特征 高强度流行的T-1直径包装选择的最小强度宽视野角度通用引线可靠且坚固
发表于 07-04 11:34 24次 阅读
HLMP-1503-DE000 T-1(3mm)漫射LED灯

HLMP-1521-E0002 T-1(3mm)高强度LED灯

此T-1灯专为需要比标准灯可实现的轴上强度更高的应用而设计。产生的光被聚焦到一个狭窄的beem以实现这种效果。 特征 高强度流行的T-1直径包选择的最小强度窄视角
发表于 07-04 11:34 24次 阅读
HLMP-1521-E0002 T-1(3mm)高强度LED灯

HLMP-1321-G0002 T-1(3mm)高强度LED灯

此T-1灯专为需要比标准灯可实现的轴上强度更高的应用而设计。产生的光聚焦成窄光束以实现这种效果。 特征 高强度流行的T1直径封装中的高效红色选定的最小值强度窄视角通用引线可靠且坚固可用于卷带
发表于 07-04 11:34 28次 阅读
HLMP-1321-G0002 T-1(3mm)高强度LED灯

HLMP-KB45-A0000 T-1(3mm)蓝色LED灯。

蓝色灯采用行业标准T-1封装设计,具有透明和非漫射光学元件。该灯非常适合用作指示灯和一般灯具目的照明。蓝色灯具有颜色差异,因为蓝色是有吸引力的,并没有广泛使用。 特点 流行的T-1直径包 通用引线 可靠耐用 颜色和强度分级 应用程序 状态指示器 小消息面板 商用跑步和装饰灯
发表于 07-04 11:33 36次 阅读
HLMP-KB45-A0000 T-1(3mm)蓝色LED灯。