يتميز LED، المعروف أيضًا باسم مصدر الإضاءة من الجيل الرابع أو مصدر الضوء الأخضر، بخصائص توفير الطاقة وحماية البيئة والعمر الطويل والحجم الصغير. يتم استخدامه على نطاق واسع في مجالات مختلفة مثل الإشارة والعرض والديكور والإضاءة الخلفية والإضاءة العامة والمشاهد الليلية الحضرية. وفقًا لوظائف الاستخدام المختلفة، يمكن تقسيمها إلى خمس فئات: عرض المعلومات، وأضواء الإشارة، وتركيبات إضاءة السيارات، والإضاءة الخلفية لشاشة LCD، والإضاءة العامة.
مصابيح LED التقليدية لها عيوب مثل عدم كفاية السطوع، مما يؤدي إلى عدم شعبيتها بشكل كافٍ. تتميز مصابيح LED من نوع الطاقة بمزايا مثل السطوع العالي وعمر الخدمة الطويل، ولكنها تواجه صعوبات فنية مثل التغليف. يوجد أدناه تحليل موجز للعوامل التي تؤثر على كفاءة حصاد الضوء في عبوات LED من نوع الطاقة.

1. تكنولوجيا تبديد الحرارة
بالنسبة للثنائيات الباعثة للضوء المكونة من وصلات PN، عندما يتدفق التيار الأمامي عبر تقاطع PN، فإن تقاطع PN يتعرض لفقدان الحرارة. وتشع هذه الحرارة إلى الهواء من خلال المواد اللاصقة ومواد التغليف والمشتتات الحرارية وغيرها. وخلال هذه العملية، يكون لكل جزء من المادة مقاومة حرارية تمنع تدفق الحرارة، والمعروفة بالمقاومة الحرارية. المقاومة الحرارية هي قيمة ثابتة تحدد حسب حجم الجهاز وبنيته ومواده.
بافتراض أن المقاومة الحرارية للصمام الثنائي الباعث للضوء هي Rth (°C/W) وقوة تبديد الحرارة هي PD (W)، فإن ارتفاع درجة حرارة الوصلة PN الناتج عن فقدان الحرارة للتيار هو:
T (°C)=Rth&TImes; بي دي
درجة حرارة تقاطع PN هي:
TJ=TA+Rth&TImes; بي دي
من بينها، TA هي درجة الحرارة المحيطة. نظرًا للزيادة في درجة حرارة الوصلة، تقل احتمالية إعادة تركيب تلألؤ الوصلة PN، مما يؤدي إلى انخفاض سطوع الصمام الثنائي الباعث للضوء. وفي الوقت نفسه، بسبب الزيادة في درجة الحرارة الناجمة عن فقدان الحرارة، لن يستمر سطوع الصمام الثنائي الباعث للضوء في الزيادة بشكل متناسب مع التيار، مما يشير إلى ظاهرة التشبع الحراري. بالإضافة إلى ذلك، مع زيادة درجة حرارة الوصلة، فإن الطول الموجي الأقصى للضوء المنبعث سوف يتحول أيضًا نحو أطوال موجية أطول، حوالي 0.2-0.3 نانومتر/درجة مئوية. بالنسبة لمصابيح LED البيضاء التي يتم الحصول عليها عن طريق خلط مسحوق الفلورسنت YAG المطلي برقائق الضوء الأزرق، فإن انجراف الطول الموجي للضوء الأزرق سوف يسبب عدم تطابق مع الطول الموجي المثير لمسحوق الفلورسنت، مما يقلل من كفاءة الإضاءة الإجمالية لمصابيح LED البيضاء ويسبب تغييرات في لون الضوء الأبيض درجة حرارة.
بالنسبة للثنائيات الباعثة للضوء، يكون تيار القيادة عمومًا عدة مئات من المللي أمبير أو أكثر، والكثافة الحالية لوصلة PN مرتفعة جدًا، وبالتالي فإن ارتفاع درجة حرارة تقاطع PN مهم جدًا. بالنسبة للتغليف والتطبيقات، فإن كيفية تقليل المقاومة الحرارية للمنتج بحيث يمكن تبديد الحرارة الناتجة عن وصلة PN في أسرع وقت ممكن لا يمكن أن تؤدي فقط إلى تحسين تيار التشبع وكفاءة الإضاءة للمنتج، ولكن أيضًا تعزيز الموثوقية و عمر المنتج. من أجل تقليل المقاومة الحرارية للمنتج، يعد اختيار مواد التعبئة والتغليف أمرًا مهمًا بشكل خاص، بما في ذلك المشتتات الحرارية والمواد اللاصقة وما إلى ذلك. ويجب أن تكون المقاومة الحرارية لكل مادة منخفضة، مما يتطلب توصيلًا حراريًا جيدًا. ثانياً، يجب أن يكون التصميم الإنشائي معقولاً، مع المطابقة المستمرة للتوصيل الحراري بين المواد والتوصيلات الحرارية الجيدة بين المواد لتجنب اختناقات تبديد الحرارة في القنوات الحرارية وضمان تبديد الحرارة من الطبقات الداخلية إلى الطبقات الخارجية. وفي الوقت نفسه، من الضروري التأكد من عملية تبديد الحرارة في الوقت المناسب وفقًا لقنوات تبديد الحرارة المصممة مسبقًا.

2. اختيار ملء المادة اللاصقة
وفقًا لقانون الانكسار، عندما يسقط الضوء من وسط كثيف إلى وسط متناثر، يحدث الانبعاث الكامل عندما تصل زاوية السقوط إلى قيمة معينة، أي أكبر من أو تساوي الزاوية الحرجة. بالنسبة لرقائق GaN الزرقاء، فإن معامل الانكسار لمواد GaN هو 2.3. عندما ينبعث الضوء من داخل البلورة نحو الهواء، وفقا لقانون الانكسار، فإن الزاوية الحرجة θ 0=sin-1 (n2/n1).
من بينها، n2 يساوي 1، وهو معامل انكسار الهواء، وn1 هو معامل انكسار GaN. لذلك، يتم حساب الزاوية الحرجة θ 0 بحوالي 25.8 درجة. في هذه الحالة، الضوء الوحيد الذي يمكن أن ينبعث هو الضوء ضمن الزاوية الصلبة المكانية التي تبلغ 25.8 درجة. وفقًا للتقارير، تبلغ الكفاءة الكمية الخارجية لرقائق GaN حاليًا حوالي 30% -40%. ولذلك، بسبب الامتصاص الداخلي لرقاقة الكريستال، فإن نسبة الضوء التي يمكن أن تنبعث خارج البلورة تكون صغيرة جدًا. وفقًا للتقارير، تبلغ الكفاءة الكمية الخارجية لرقائق GaN حاليًا حوالي 30% -40%. وبالمثل، يجب أن يمر الضوء المنبعث من الشريحة عبر مادة التغليف وينتقل إلى الفضاء، ويجب أيضًا مراعاة تأثير المادة على كفاءة حصاد الضوء.
لذلك، من أجل تحسين كفاءة حصاد الضوء لتغليف منتج LED، من الضروري زيادة قيمة n2، أي زيادة معامل الانكسار لمواد التغليف، من أجل زيادة الزاوية الحرجة للمنتج وبالتالي تحسين كفاءة التعبئة والتغليف مضيئة للمنتج. وفي الوقت نفسه، يجب أن يكون لمواد التغليف امتصاص أقل للضوء. من أجل زيادة نسبة الضوء المنبعث، من الأفضل أن يكون للعبوة شكل مقوس أو نصف كروي. بهذه الطريقة، عندما ينبعث الضوء من مادة التغليف إلى الهواء، فإنه يكون عموديًا تقريبًا على الواجهة ولا يتعرض للانعكاس الكلي.

3. معالجة الانعكاس
هناك جانبان رئيسيان لمعالجة الانعكاس: أحدهما هو معالجة الانعكاس داخل الشريحة، والآخر هو انعكاس الضوء بواسطة مادة التغليف. من خلال معالجة الانعكاس الداخلي والخارجي، يتم زيادة نسبة الضوء المنبعث من داخل الشريحة، ويتم تقليل الامتصاص داخل الشريحة، ويتم تحسين كفاءة الإضاءة لمنتجات LED للطاقة. فيما يتعلق بالتعبئة، عادةً ما تقوم مصابيح LED من نوع الطاقة بتجميع شرائح من نوع الطاقة على أقواس معدنية أو ركائز ذات تجاويف عاكسة. عادةً ما يتم طلاء التجويف العاكس من النوع القوسي لتحسين تأثير الانعكاس، في حين أن التجويف العاكس من النوع الأساسي عادة ما يكون مصقولًا وقد يخضع للعلاج بالكهرباء إذا سمحت الظروف بذلك. ومع ذلك، فإن طريقتي المعالجة المذكورتين أعلاه تتأثران بدقة القالب ومعالجته، والتجويف العاكس المعالج له تأثير انعكاس معين، ولكنه ليس مثاليًا. في الوقت الحاضر، في إنتاج التجاويف العاكسة من النوع الركيزة في الصين، بسبب عدم كفاية دقة التلميع أو أكسدة الطلاء المعدني، فإن تأثير الانعكاس ضعيف. وينتج عن ذلك امتصاص الكثير من الضوء بعد الوصول إلى منطقة الانعكاس، والذي لا يمكن أن ينعكس على السطح الذي ينبعث منه الضوء كما هو متوقع، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة حصاد الضوء بعد التغليف النهائي.

4. اختيار وطلاء مسحوق الفلورسنت
بالنسبة لمصابيح LED ذات الطاقة البيضاء، يرتبط تحسين كفاءة الإضاءة أيضًا باختيار مسحوق الفلورسنت ومعالجة العملية. من أجل تحسين كفاءة إثارة مسحوق الفلورسنت للرقائق الزرقاء، يجب أن يكون اختيار مسحوق الفلورسنت مناسبًا، بما في ذلك الطول الموجي للإثارة، وحجم الجسيمات، وكفاءة الإثارة، وما إلى ذلك، ويجب إجراء تقييم شامل للنظر في عوامل الأداء المختلفة. ثانيًا، يجب أن يكون طلاء مسحوق الفلورسنت موحدًا، ويفضل أن يكون بسمك موحد للطبقة اللاصقة على كل سطح ينبعث منه الضوء للرقاقة، لتجنب السماكة غير المتساوية التي قد تتسبب في عدم القدرة على انبعاث الضوء المحلي، وكذلك تحسين نوعية بقعة الضوء.

ملخص:
يلعب التصميم الجيد لتبديد الحرارة دورًا مهمًا في تحسين كفاءة الإضاءة لمنتجات LED للطاقة، وهو أيضًا شرط أساسي لضمان عمر المنتج وموثوقيته. يمكن لقناة إخراج الضوء المصممة جيدًا، مع التركيز على التصميم الهيكلي واختيار المواد ومعالجة التجاويف العاكسة وملء المواد اللاصقة وما إلى ذلك، أن تحسن بشكل فعال كفاءة حصاد الضوء لمصابيح LED من نوع الطاقة. بالنسبة لمصباح LED الأبيض من نوع الطاقة، يعد اختيار مسحوق الفلورسنت وتصميم العملية أمرًا بالغ الأهمية أيضًا لتحسين حجم البقعة وكفاءة الإضاءة.