LED灯丝的产生为LED照明产业开辟了一条新的道路。 2013年6月广州国际照明展览会(光亚展),只有在Poole和Jing Yang两家公司对正装和倒装芯片的LED灯泡进行了展览; 2014年光亚展览会时,60多家企业展示了LED灯泡,在2014年10月香港照明展览会上,有200多家公司出现了各种各样的LED灯泡;2015年相关报道关于LED灯丝的公司已达600多家[5]。LED灯丝的发展迅速扩大了世界各地,并受到了人们的热烈欢迎。灯丝灯采用高压LED(HVLED)技术,小电流驱动技术,从很大程度上降低了LED光源的散热问题,是一种安全可靠的LED光源[6]。 LED灯和传统灯丝相似,所以在世界触发了怀旧的热潮,得到了大家的喜爱。近年来,由于相应的创新技术不断涌现,LED仿古灯受到世界市场的青睐。无论在欧洲,北美,洲,澳大利亚,日本,南韩还是南非,世界各地都张开手臂欢迎LED灯泡的到来。柔性LED灯丝技术自2015年开始逐渐成熟,2016年早期由柔性LED灯丝制造的仿古灯在世界各地再次掀起热潮。柔性LED灯丝仿古灯在各处被竞相购买,使其顿时成为了抢手的热销品。柔性LED灯丝在商用氛围仿古灯的多品种化的创新发展中提供了不可替代的助力。如今,由柔性LED灯丝的仿古灯可以演绎出品种繁多、灯丝造型多变、曲线优美的仿古灯。
然而,LED灯在生产过程中主要有两个问题,LED灯丝光源的发光均匀性的问题及散热问题。事实上,由于LED不发射热辐射,所以LED光消耗的总能量的70-85%被转换为热,因此热不被传输到灯外部,而是传递到灯的内部,并且导致灯的增加结温。作为所有的半导体,LED的第一个问题是热,如果它不适当消散,这将导致光强度的变化,LED灯的寿命的减少甚至是灯的衰退[7,8] 。随着LED芯片尺寸越来越小以及功率不断的增加,LED的结温将迅速升高,从而使得光效降低、热应力增高、色温漂移、光谱发生偏移、器件加速老化等一系列问题,大大降低了LED 的使用寿命[9]。美国半导体照明公司Cree在研究光衰和结温之间关系的时发现,如果当光效衰减至初始光输出量的70%[10]时,以此作为失效标准,那么当结温温度为65℃时,寿命可达到100000h[11]。研究发现,当温度超过一定范围时,器件的失效率将呈有规律的攀升[12]。因此,如何提高LED的散热能力,使其具有良好的可靠性研究的关键。
本文首先,设计了柔性螺旋LED灯丝的基本结构,研究螺旋灯丝的封装工艺 ;其次,采用FLOEFD软件对LED灯丝进行热学仿真模拟,探究其散热情况。同时制备出实物灯丝,通过光电测试系统对其热学性能进行测试分析,并与模拟数据进行对比;然后,测试其光通量,光效,色温,色品坐标等相关光电参数,并对其进行优化,制备出发光均匀,光通量高,可靠性良好的LED灯丝产品。产品技术参数:1。光效大于100lm/W; 2。色温3000K(±300)。最后,利用不同拉伸高度的灯丝,研究其光学性能并用测试温度,研究拉伸高度,温度,光通量三者联系,并对灯丝封泡,点亮后进行老化实验,分析其可靠性。
2LED 概述
2。1LED发光原理
对于大功率LED芯片,关键部分是N型半导体和P型半导体。在PN结里,因为不存在电子,P型半导体又拥有过量的空穴(也成为正电荷);N型半导体由于存在电子而含有过量的负电荷。图2。1显示了PN结的能带图。在正常状态下,因为PN结之间存在障碍,使两者之间不能发生自然复合。而当PN结两端施加正向电压时,因为施加的电场的方向与势垒区电场方向相反,减小了势垒高度,使势垒区的宽度变窄,破坏了PN结的动态平衡,产生少数载流子的电子注入。电子从N区注入到P区,与此同时空穴从P区注入N区,注入的少数载流子将与该区的多数载流子复合,当电子 - 空穴相互作用导致电子降低到较低的能量水平时发生电致发光,从而释放光子。这导致发出不同波长的光。因此,LED能够产生单色光,其由窄带宽的波长组成,其呈现为眼睛的不同颜色。发射光所呈现的颜色取决于带隙能量的半导体材料。砷化镓用于红光;铟镓铝磷化物用于绿色光,黄光,橙色光和红色光;和用于蓝光的氮化镓和碳化硅。此外,紫外线辐射的LED通常由氮化镓铝或者氮化铟镓构成,波长一般低至210nm。尽管LED芯片具有单色输出,但也已经创建了白色LED。制造白光的一种方法包括UV-LED和三色荧光粉涂层组合,或带有黄色荧光粉的蓝色LED,或者可以通过混合来自红色,蓝色和绿色LED的光来产生白光。文献综述