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LED結溫的相干知識

1、什么是LED的結溫?
  LED的基礎結構是一個半導體的P-N結。實驗指出,當電流流過LED元件時,P-N結的溫度將上升,嚴格意義上說,就把P-N結區(qū)的溫度定義為LED的結溫。通常由于元件芯片均具有很小的尺寸,因此我們也可把LED芯片的溫度視之為結溫。
  發(fā)光二極管(LED)由于其亮度高、功耗低、壽命長、可靠性高、易驅動、節(jié)能、環(huán)保等特點,已被廣泛利用于交通、廣告和儀器儀表的顯示中,現(xiàn)已在特別照明中獲得利用[1][2],并將成為普通照明中的重要光源[3].目前世界上生產(chǎn)和應用LED浮現(xiàn)急速上升的趨勢,但是LED存在發(fā)熱現(xiàn)象,隨著LED的工作時間和工作電流的增加,其發(fā)光強度和光通量會降落,壽命下降,對白光還會導致激發(fā)效率的降落[4],這重要是由于LED結溫升高導致的。2002年Hongetal.[5]研究成果表明,AlGaInP紅色LEDs的峰值波長的偏移與結溫的變更存在線性關系。對于白光LED,隨著結溫的增加,LED發(fā)出黃光和藍光的強度以不同的速率降落,白光LED的總能量和藍光能量比率(W/B)與結溫存在關系。
  2、產(chǎn)生LED結溫的原因有哪些?
  在LED工作時,可存在以下五種情況促使結溫不同程度的上升:
  a、元件不良的電極結構,視窗層襯底或結區(qū)的材料以及導電銀膠等均存在必定的電阻值,這些電阻相互壘加,構成LED元件的串聯(lián)電阻。當電流流過P-N結時,同時也會流過這些電阻,從而產(chǎn)生焦耳熱,引致芯片溫度或結溫的升高。
  b、由于P-N結不可能極端完善,元件的注人效率不會達到100%,也即是說,在LED工作時除P區(qū)向N區(qū)注進電荷(空***)外,N區(qū)也會向P區(qū)注人電荷(電子),一般情況下,后一類的電荷注人不會產(chǎn)生光電效應,而以發(fā)熱的情勢耗費掉了。即使有用的那部分注進電荷,也不會全部變成光,有一部分與結區(qū)的雜質或缺點相聯(lián)合,終極也會變成熱。
  c、實踐證實,出光效率的限制是導致LED結溫升高的重要原因。目前,先進的材料生長與元件***已能使LED極大多數(shù)輸進電能轉換成光輻射能,然而由于LED芯片材料與四周介質相比,具有大得多的折射係數(shù),致使芯片內部產(chǎn)生的極大部分光子(>90%)無法順利地溢出介面,而在芯片與介質介面產(chǎn)生全反射,返回芯片內部并通過多次內部反射終極被芯片材料或襯底接收,并以晶格振動的情勢變成熱,促使結溫升高。
  d、顯然,LED元件的熱散失才能是決定結溫高低的又一個關鍵條件。散熱才能強時,結溫降落,反之,散熱才能差時結溫將上升。由于環(huán)氧膠是低熱導材料,因此P-N結處產(chǎn)生的熱量很難通過透明環(huán)氧向上散發(fā)到環(huán)境中往,大部分熱量通過襯底、銀漿、管殼、環(huán)氧粘接層,PCB與熱沉向下發(fā)散。顯然,相干材料的導熱才能將直接影響元件的熱散失效率。一個普通型的LED,從P-N結區(qū)到環(huán)境溫度的總熱阻在300到600℃/w之間,對于一個具有良好結構的功率型LED元件,其總熱阻約為15到30℃/w.宏大的熱阻差別表明普通型LED元件只能在很小的輸進功率條件下,才干正常地工作,而功率型元件的耗散功率可大到瓦級甚至更高。
  3、下降LED結溫的道路有哪些?
  a、減少LED本身的熱阻;b、良好的二次散熱機構;c、減少LED與二次散熱機構安裝介面之間的熱阻;d、把持額定輸進功率;e、下降環(huán)境溫度LED的輸進功率是元件熱效應的唯一起源,能量的一部分變成了輻射光能,其餘部分終極均變成了熱,從而抬升了元件的溫度。顯然,減小LED溫升效應的重要方法,一是想法提高元件的電光轉換效率(又稱外量子效率),使盡可能多的輸進功率轉變成光能,另一個重要的道路是想法提高元件的熱散失才能,使結溫產(chǎn)生的熱,通過各種道路散發(fā)到四周環(huán)境中往。