Comment obtenir une efficacité lumineuse élevée et un faible coût des lampes fluorescentes à LED

Comment obtenir une efficacité lumineuse élevée et un faible coût des lampes fluorescentes à LED

Le rendement lumineux élevé des lampes fluorescentes LED est un indicateur très important, qui reflète directement la qualité des tubes LED. Comment atteindre le meilleur rapport qualité/prix ?

2835 perles de lampe simple ont 0,12W 14-16LM (la taille de la puce est de 10*23nm) et 0,2W 22-24LM (la taille de la puce est de 10*30nm), qui conviennent tous deux à la lumière du jour. Cela dépend de la façon dont nous choisissons les perles de lampe à LED.

1. Comparaison des avantages et des inconvénients :

(1) Luminosité simple lm, 2835 perle de lampe 0.2w utilise une structure d’emballage verticale: la puce est directement connectée au dissipateur thermique et la surface du dissipateur thermique est environ le double de celle du début 3014 simple 0,1w, ce qui améliore la dissipation thermique de la perle de la lampe elle-même Performance, qui peut supporter un courant plus élevé (0,2 w 40-60 mA), une luminosité plus élevée, une excellente conception des performances de dissipation thermique, mais également plus de garantie pour l’atténuation de la lumière et la durée de vie de la puce LED ; certaines puces individuelles peuvent atteindre une luminosité de 32LM, une efficacité lumineuse Assez élevée, mais le coût est en conséquence élevé.

(2) Structure de perle de lampe : l’épaisseur de 2835 est également de 0,8 mm, ce qui peut résoudre le problème ponctuel de 3528 simples 0,06 w 5-7 lm ; Super grande surface électroluminescente (surface électroluminescente carrée) : peut augmenter le taux de rendement lumineux : atteindre 90-120%.

(3) Comptabilité analytique :

1. Choisissez d’utiliser le 2835 avec 0,12W 15LM, la lampe fluorescente 18W a besoin de 120 perles de lampe, le coût de la source lumineuse est de : 120 * 0,18 yuan / particule = 21,6 yuan, augmentez le coût du patch. La luminosité de la source lumineuse est de 120*15lm=1800lm, et la luminosité de l’ensemble de la lampe est : 120*15LM (la luminosité d’une seule perle de lampe est la valeur médiane) *0,9 (facteur de puissance) *0,86 (taux de sortie de lumière ) = 1393LM (l’ensemble de la luminosité de la lampe supprime la perte).
2. Choisissez 2835 avec 0,2W 22LM. La lampe fluorescente 18W a besoin de 96 billes de lampe. Le coût de la source lumineuse du panneau de lampe est : 96*0,2 yuan/cap = 19,2 yuan, la luminosité du panneau de lampe est de 2112lm pour que la luminosité de la lampe entière soit de ：96*22LM (la valeur médiane de la luminosité d’un seul cordon de lampe) * 0,9 (facteur de puissance) * 0,86 (taux de sortie de lumière) = 1634LM (luminosité de la lampe entière).
   2. la conclusion finale, en comparaison, l’utilisation de perles de lampe à haute efficacité a un impact plus évident sur l’effet d’éclairage global. L’efficacité lumineuse est faible. Malgré l’utilisation de plusieurs billes de lampe, le coût augmente, le nombre de patchs augmente et la fiabilité diminue. Bien qu’il y ait peu de billes de lampe, l’efficacité lumineuse unique est élevée, ce qui non seulement réduit le coût, mais augmente également l’efficacité lumineuse.

   Comment améliorer l’efficacité lumineuse de la LED blanche

   1. La LED blanche de type blue chip améliore l’efficacité lumineuse

   (1) Améliorer l’efficacité quantique interne pour produire plus de lumière bleue dans la région active et réduire l’absorption de la lumière bleue. Avec le développement de la technologie de croissance épitaxiale et de plusieurs structures de puits quantiques, l’efficacité quantique interne des diodes électroluminescentes à ultra-haute luminosité a été très importante. L’amélioration de la LED bleue a atteint plus de 90%,

   (2) Améliorer l’efficacité d’extraction de la lumière. Utilisez une structure flip-chip pour éviter que les électrodes et les fils d’or de la structure montée à l’avant ne bloquent la lumière ; équilibrer la contradiction entre l’absorption du film conducteur transparent et le courant de diffusion ; la couche réfléchissante inférieure réfléchit la lumière bleue vers la direction de la lumière avant ; le motif de surface ou la technologie de rugosité de surface évite une réflexion totale excessive de la lumière causée par la grande différence d’indice de réfraction ; des matériaux d’emballage proches de l’indice de réfraction de la puce,

   (3) Améliorer l’efficacité quantique externe de la conversion de photoluminescence au phosphore. Recherchez et développez des matériaux et des rapports de phosphore avec une efficacité de conversion de photoluminescence élevée.

   (4) Améliorer l’efficacité d’émission lumineuse de l’emballage. L’indice de réfraction élevé du matériau d’emballage est propice au taux d’extraction de la lumière de la puce, mais il augmentera également la différence d’indice de réfraction avec l’air ; pour l’emballage plat, il provoque une réflexion totale vers l’intérieur entre l’interface avec l’augmentation de l’air, réduisant ainsi le taux de sortie de lumière.

   Par conséquent, une deuxième couche d’encapsulation transparente avec transition d’indice de réfraction peut être envisagée sur le boîtier plat ; de plus, pour le boîtier non plan, l’épaisseur et l’épaisseur du revêtement de phosphore doivent être améliorées. La forme et la forme de la structure du boîtier évitent une réflexion totale excessive de la lumière émise causée par la grande différence d’indice de réfraction.

    

   L’efficacité lumineuse la plus élevée de la LED blanche blue chip est principalement limitée par quatre parties :

   L’efficacité quantique interne de la lumière bleue est estimée à ne pas dépasser 90% (sous l’influence d’une température plus élevée, et une faible puissance peut atteindre environ 95% à température ambiante),

   ② L’efficacité d’extraction de la lumière de la couche épitaxiale est estimée ne pas dépasser 85 % (l’angle de réflexion total déterminé par l’indice de réfraction du matériau GaN et gel de silice ou résine époxy pour la structure frontale et la structure verticale est d’environ 42 ° ; la réflexion totale du GaN et de l’Al2O3 pour la structure flip-chip est critique L’angle est d’environ 46°, et on estime qu’il ne dépassera pas 75° après optimisation de l’image et autres traitements),

   On estime que l’efficacité quantique la plus élevée de la lumière bleue convertie en lumière blanche ne dépasse pas 70 % (l’efficacité visuelle la plus élevée est la lumière verte à spectre unique sans perte de 555 nm, et l’efficacité de photoluminescence de toute la lumière bleue convertie en lumière verte monochromatique de 555 nm ne dépasse pas 78%),

   L’efficacité du paquet de boules émettant de la lumière blanche à couche de phosphore n’est pas supérieure à 95% (le taux d’émission du paquet plat peut être beaucoup plus faible, et les gens accordent généralement moins d’attention à cet article, car la réflexion totale de la lumière du gel de silice ou résine époxy à l’air L’angle critique n’est que d’environ 42°).

    

   L’efficacité lumineuse globale de ces quatre parties est estimée ne pas dépasser 50 %, ce qui signifie que l’efficacité lumineuse de la LED blanche à puce bleue ne dépassera pas environ 340 Lm/W.

   Selon les rapports, la LED blanche à efficacité lumineuse la plus élevée au monde est actuellement de 303 Lm/W déclarée par le CREE en mars 2014, ce qui est proche de la limite de l’efficacité lumineuse de la LED blanche prédite dans l’analyse ci-dessus.

    

   L’efficacité de la lumière LED localisée actuelle de la Chine a progressivement rattrapé le niveau avancé international. Il y a de nombreuses années, l’équipe de l’Université de Nanchang en Chine a utilisé une gravure pré-grille sur des plaquettes de silicium pour atténuer les fissures et les défauts de dislocation causés par la grande différence d’adaptation thermique pendant le processus de refroidissement après la croissance de GaN, et a adopté des mesures spéciales pour améliorer le ” distribution dense de « composants clés de l’équipement MOCVD. “Through pipe” pour améliorer l’uniformité de la croissance du GaN et d’autres technologies brevetées indépendantes, brisant la technologie clé des diodes électroluminescentes bleues à haute efficacité à base de GaN sur des substrats de silicium, devenant ainsi le troisième pays à maîtriser les droits de propriété intellectuelle indépendants des LED bleues après le Japon et les États-Unis. Il a brisé le monopole à long terme des substrats de saphir japonais et des substrats de carbure de silicium américains dans la technologie de base de l’éclairage LED international, et a formé une puissance mondiale tripartite avec les technologies japonaises et américaines.

    

   Selon les données du « 2018 China Semiconductor Lighting Industry Development Blue Book » publié par la China Semiconductor Lighting Engineering R&D and Industry Alliance : « En 2018, le niveau d’efficacité de la lumière LED blanche industrialisée de la Chine a atteint 180 Lm/W, la lumière jaune à base de silicium ( 565nm@20A/cm2) L’efficacité de conversion est de 24,3%, et l’efficacité de conversion électro-optique à base de silicium (520nm@20A/cm2) est de 41,6%”, ce qui est gratifiant.

    

   Cependant, dans l’industrie des circuits intégrés à semi-conducteurs, si les plaquettes de silicium de grande taille telles que 8 pouces et 12 pouces doivent être appliquées à l’industrie de l’éclairage LED à grande échelle, le courant dominant reste le substrat de saphir de petite taille en dessous de 6 pouces. La chaîne de l’industrie de l’éclairage LED a formé un pionnier. Dans le cas des avantages, la technologie mature et les avantages de faible coût de la plaquette de silicium elle-même ne peuvent pas être mis en jeu. On s’attend à ce qu’il soit nécessaire d’attendre que les équipements d’emballage et d’autres chaînes industrielles passent à l’utilisation courante de substrats de 6 pouces ou plus, et la forte demande de LED à base de silicium continuera de revenir à leur état d’origine. processus à faible coût que les substrats de saphir et de nitrure de gallium. Avec de nombreux avantages, les perspectives de marché pour les applications LED à base de silicium sont désormais très prometteuses.

   2. La LED à lumière blanche RVB améliore l’efficacité lumineuse

   Au début, parce que l’efficacité lumineuse de la lumière rouge, en particulier des LED vertes, n’était pas élevée, le type RVB composé de trois LED rouges, vertes et bleues était limité à des fins d’affichage ou d’éclairage décoratif. Avec l’amélioration progressive de l’efficacité lumineuse des LED vertes, la LED Blanche de type RVB entre dans l’éclairage pratique. Les principaux avantages des LED à lumière blanche RVB sont : Premièrement, aucun phosphore n’est nécessaire pour convertir la lumière. Cela seul peut théoriquement réduire d’au moins 20 à 30 % la perte de conversion d’énergie de photoluminescence dans les LED à lumière blanche à puce bleue.

   Deuxièmement, la température de couleur et la couleur peuvent être facilement ajustées, ce qui est très important dans l’application d’un éclairage intelligent intelligent. Cependant, le principal inconvénient des LED blanches RVB est que l’efficacité lumineuse des LED vertes n’est toujours pas élevée, ce qui fait que l’efficacité lumineuse totale est actuellement bien inférieure à celle des LED blanches à puce bleue. De plus, les trois LED RVB doivent être strictement sélectionnées avec une distribution de luminosité et de chromaticité. La courbe de distribution de la couleur de la lumière des trois LED rouges, vertes et bleues doit être lisse et cohérente et la direction de projection doit être la même, sinon les irrégularités de luminosité et de chromaticité à différentes distances et directions seront graves, et il existe trois types de rouge , LED verte et bleue. Trois ensembles de systèmes d’alimentation compliquent le circuit de commande et augmentent le coût.

   3. La LED blanche de type puce ultraviolette améliore l’efficacité lumineuse

   La répartition inégale de la luminosité et de la chromaticité est un défaut inhérent à la LED à lumière blanche de type puce bleue et à la LED à lumière blanche de type RVB, mais le degré est différent.

   Parce que l’œil humain ne perçoit pas la lumière ultraviolette, la lumière ultraviolette émise par la puce LED ultraviolette est absorbée par les phosphores rouge, vert et bleu dans le revêtement de l’emballage et convertie en lumière blanche, de sorte que la LED à lumière blanche de type puce ultraviolette n’a pas distribution de chromaticité comme les lampes fluorescentes traditionnelles. Le problème des irrégularités, l’uniformité de la luminosité est également bien meilleure que le type blue chips et le type RGB, ce qui est son plus gros avantage.

    

   Le principal inconvénient de la LED blanche à puce ultraviolette est que, de manière générale, lorsque l’enveloppe spectrale de la conversion de photoluminescence au phosphore est similaire au spectre continu de la lumière blanche bleue, l’efficacité lumineuse de la LED blanche à puce ultraviolette est supérieure à celle de la LED blanche à puce ultraviolette. bateau bleu. Faible, plus la longueur d’onde ultraviolette est courte, plus l’efficacité de conversion est faible (l’efficacité de conversion de la lumière phosphorescente sous la lumière ultraviolette de 254 nm ne dépasse pas 50%), et la difficulté de production augmente de façon exponentielle, il est donc théoriquement impossible d’utiliser des puces ultraviolettes à ondes courtes pour l’éclairage. Faire des LED blanches.

   De plus, il est nécessaire de développer des luminophores à haute efficacité pour l’excitation ultraviolette à ondes longues. De plus, les experts suggèrent que le spectre émis par le phosphore après conversion devrait être semblable aux trois couleurs primaires des lampes fluorescentes à économie d’énergie. Les couleurs rouge, verte et bleue forment un spectre discontinu discret, dont chacun est un spectre étroit, et le pic vert doit être proche de 555 nm, ce qui a l’efficacité lumineuse la plus élevée. La combinaison de lumière verte et de lumière rouge et bleue peut facilement dépasser l’efficacité lumineuse limite de la LED à lumière blanche de type blue chip de 340 Lm/W. Bien sûr, même si le phosphore peut le faire, si la demi-largeur de la puce LED actuelle est trop large, elle ne peut pas correspondre à la demi-largeur très étroite de la demi-longueur d’onde de la lumière ultraviolette de 254 nm produite par une décharge à basse pression. dans les lampes fluorescentes traditionnelles, l’effet peut encore être médiocre.