Il LED, noto anche come sorgente luminosa di quarta generazione o sorgente di luce verde, ha le caratteristiche di risparmio energetico, protezione ambientale, lunga durata e dimensioni ridotte. È ampiamente utilizzato in vari campi quali indicazione, display, decorazione, retroilluminazione, illuminazione generale e scene notturne urbane. In base alle diverse funzioni di utilizzo, può essere suddiviso in cinque categorie: visualizzazione delle informazioni, luci di segnalazione, apparecchi di illuminazione per autoveicoli, retroilluminazione dello schermo LCD e illuminazione generale.
Le luci a LED convenzionali presentano difetti come una luminosità insufficiente, che porta a una popolarità insufficiente. Le luci a LED di tipo potente presentano vantaggi come elevata luminosità e lunga durata, ma presentano difficoltà tecniche come l'imballaggio. Di seguito è riportata una breve analisi dei fattori che influenzano l'efficienza di raccolta della luce degli imballaggi LED di tipo energetico.

1. Tecnologia di dissipazione del calore
Per i diodi emettitori di luce composti da giunzioni PN, quando la corrente diretta scorre attraverso la giunzione PN, la giunzione PN subisce una perdita di calore. Questo calore viene irradiato nell'aria attraverso adesivi, materiali di incapsulamento, dissipatori di calore, ecc. Durante questo processo, ciascuna parte del materiale ha un'impedenza termica che impedisce il flusso di calore, nota come resistenza termica. La resistenza termica è un valore fisso determinato dalle dimensioni, dalla struttura e dai materiali del dispositivo.
Supponendo che la resistenza termica del diodo emettitore di luce sia Rth (℃/W) e che la potenza di dissipazione del calore sia PD (W), l'aumento di temperatura della giunzione PN causato dalla perdita di calore della corrente è:
T (℃)=Rth&TImes; PD
La temperatura della giunzione PN è:
TJ=TA+Rth&TImes; PD
Tra questi, TA è la temperatura ambiente. A causa dell'aumento della temperatura di giunzione, la probabilità di ricombinazione della luminescenza della giunzione PN diminuisce, con conseguente diminuzione della luminosità del diodo emettitore di luce. Nel frattempo, a causa dell'aumento della temperatura causato dalla perdita di calore, la luminosità del diodo emettitore di luce non continuerà più ad aumentare proporzionalmente alla corrente, indicando un fenomeno di saturazione termica. Inoltre, all’aumentare della temperatura di giunzione, anche la lunghezza d’onda di picco della luce emessa si sposterà verso lunghezze d’onda più lunghe, circa 0,2-0,3 nm/℃. Per i LED bianchi ottenuti miscelando polvere fluorescente YAG rivestita con chip di luce blu, la deriva della lunghezza d'onda della luce blu causerà una mancata corrispondenza con la lunghezza d'onda di eccitazione della polvere fluorescente, riducendo così l'efficienza luminosa complessiva dei LED bianchi e causando cambiamenti nel colore della luce bianca temperatura.
Per i diodi emettitori di luce di potenza, la corrente di pilotaggio è generalmente di diverse centinaia di milliampere o più e la densità di corrente della giunzione PN è molto elevata, quindi l'aumento di temperatura della giunzione PN è molto significativo. Per imballaggi e applicazioni, come ridurre la resistenza termica del prodotto in modo che il calore generato dalla giunzione PN possa essere dissipato il prima possibile può non solo migliorare la corrente di saturazione e l'efficienza luminosa del prodotto, ma anche migliorare l'affidabilità e durata di vita del prodotto. Per ridurre la resistenza termica del prodotto, la scelta dei materiali di imballaggio è particolarmente importante, inclusi dissipatori di calore, adesivi, ecc. La resistenza termica di ciascun materiale dovrebbe essere bassa, il che richiede una buona conduttività termica. In secondo luogo, la progettazione strutturale dovrebbe essere ragionevole, con un adattamento continuo della conduttività termica tra i materiali e buone connessioni termiche tra i materiali per evitare colli di bottiglia nella dissipazione del calore nei canali termici e garantire la dissipazione del calore dagli strati interni a quelli esterni. Allo stesso tempo, è necessario garantire dal processo che il calore venga dissipato in modo tempestivo secondo i canali di dissipazione del calore preprogettati.

2. Scelta dell'adesivo riempitivo
Secondo la legge della rifrazione, quando la luce incidente da un mezzo denso a un mezzo sparso, l'emissione completa avviene quando l'angolo incidente raggiunge un certo valore, cioè maggiore o uguale all'angolo critico. Per i blue chip GaN, l'indice di rifrazione del materiale GaN è 2,3. Quando la luce viene emessa dall'interno del cristallo verso l'aria, secondo la legge della rifrazione, l'angolo critico θ 0=sin-1 (n2/n1).
Tra questi, n2 è uguale a 1, che è l'indice di rifrazione dell'aria, e n1 è l'indice di rifrazione del GaN. Pertanto, si calcola che l'angolo critico θ 0 sia di circa 25,8 gradi. In questo caso l'unica luce che può essere emessa è la luce all'interno dell'angolo solido spaziale di ≤ 25,8 gradi. Secondo i rapporti, l’efficienza quantistica esterna dei chip GaN è attualmente intorno al 30%-40%. Pertanto, a causa dell'assorbimento interno del cristallo, la percentuale di luce che può essere emessa all'esterno del cristallo è molto piccola. Secondo i rapporti, l’efficienza quantistica esterna dei chip GaN è attualmente intorno al 30%-40%. Allo stesso modo, la luce emessa dal chip deve passare attraverso il materiale di imballaggio ed essere trasmessa nello spazio, e bisogna considerare anche l’impatto del materiale sull’efficienza di raccolta della luce.
Pertanto, per migliorare l'efficienza di raccolta della luce dell'imballaggio dei prodotti LED, è necessario aumentare il valore di n2, ovvero aumentare l'indice di rifrazione del materiale di imballaggio, al fine di aumentare l'angolo critico del prodotto e quindi migliorare l'efficienza luminosa dell'imballaggio del prodotto. Allo stesso tempo, il materiale di incapsulamento dovrebbe assorbire meno la luce. Per aumentare la percentuale di luce emessa è preferibile che l'imballaggio abbia una forma arcuata o emisferica. In questo modo, quando la luce viene emessa dal materiale di imballaggio nell'aria, è quasi perpendicolare all'interfaccia e non subisce più una riflessione totale.

3. Elaborazione della riflessione
Esistono due aspetti principali del trattamento di riflessione: uno è il trattamento di riflessione all'interno del chip e l'altro è la riflessione della luce da parte del materiale di imballaggio. Attraverso il trattamento di riflessione sia interna che esterna, la proporzione di luce emessa dall'interno del chip aumenta, l'assorbimento all'interno del chip viene ridotto e l'efficienza luminosa dei prodotti LED di potenza viene migliorata. In termini di imballaggio, i LED di potenza solitamente assemblano chip di tipo potenza su staffe metalliche o substrati con cavità riflettenti. La cavità riflettente del tipo a staffa è solitamente placcata per migliorare l'effetto riflettente, mentre la cavità riflettente del tipo a substrato è solitamente lucidata e può essere sottoposta a trattamento galvanico se le condizioni lo consentono. Tuttavia, i due metodi di trattamento sopra indicati sono influenzati dalla precisione e dal processo dello stampo e la cavità riflettente lavorata ha un certo effetto di riflessione, ma non è l'ideale. Attualmente, nella produzione di cavità riflettenti del tipo a substrato in Cina, a causa dell'insufficiente precisione di lucidatura o dell'ossidazione dei rivestimenti metallici, l'effetto riflettente è scarso. Ciò fa sì che molta luce venga assorbita dopo aver raggiunto l'area di riflessione, che non può essere riflessa sulla superficie di emissione della luce come previsto, portando a una scarsa efficienza di raccolta della luce dopo l'imballaggio finale.

4. Selezione e rivestimento della polvere fluorescente
Per i LED di potenza bianchi, il miglioramento dell'efficienza luminosa è legato anche alla scelta della polvere fluorescente e al trattamento del processo. Al fine di migliorare l'efficienza dell'eccitazione della polvere fluorescente dei blue chip, la selezione della polvere fluorescente dovrebbe essere appropriata, compresa la lunghezza d'onda di eccitazione, la dimensione delle particelle, l'efficienza di eccitazione, ecc., e dovrebbe essere condotta una valutazione completa per considerare vari fattori di prestazione. In secondo luogo, il rivestimento di polvere fluorescente dovrebbe essere uniforme, preferibilmente con uno spessore uniforme dello strato adesivo su ciascuna superficie di emissione della luce del chip, per evitare uno spessore irregolare che potrebbe impedire l'emissione della luce locale e migliorare anche la qualità del punto luminoso.

Panoramica:
Una buona progettazione della dissipazione del calore gioca un ruolo significativo nel migliorare l'efficienza luminosa dei prodotti LED di potenza ed è anche un prerequisito per garantire la durata e l'affidabilità del prodotto. Un canale di emissione luminosa ben progettato, con particolare attenzione alla progettazione strutturale, alla selezione dei materiali e al trattamento del processo di cavità riflettenti, adesivi di riempimento, ecc., può migliorare efficacemente l'efficienza di raccolta della luce dei LED di tipo potente. Per i LED bianchi di potenza, anche la scelta della polvere fluorescente e la progettazione del processo sono cruciali per migliorare le dimensioni dello spot e l'efficienza luminosa.