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LED結(jié)溫的相干知識(shí)

1、什么是LED的結(jié)溫?
  LED的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是一個(gè)半導(dǎo)體的P-N結(jié)。實(shí)驗(yàn)指出,當(dāng)電流流過LED元件時(shí),P-N結(jié)的溫度將上升,嚴(yán)格意義上說(shuō),就把P-N結(jié)區(qū)的溫度定義為L(zhǎng)ED的結(jié)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(jié)溫。
  發(fā)光二極管(LED)由于其亮度高、功耗低、壽命長(zhǎng)、可靠性高、易驅(qū)動(dòng)、節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn),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(yīng)用LED浮現(xiàn)急速上升的趨勢(shì),但是LED存在發(fā)熱現(xiàn)象,隨著LED的工作時(shí)間和工作電流的增加,其發(fā)光強(qiáng)度和光通量會(huì)降落,壽命下降,對(duì)白光還會(huì)導(dǎo)致激發(fā)效率的降落[4],這重要是由于LED結(jié)溫升高導(dǎo)致的。2002年Hongetal.[5]研究成果表明,AlGaInP紅色LEDs的峰值波長(zhǎng)的偏移與結(jié)溫的變更存在線性關(guān)系。對(duì)于白光LED,隨著結(jié)溫的增加,LED發(fā)出黃光和藍(lán)光的強(qiáng)度以不同的速率降落,白光LED的總能量和藍(lán)光能量比率(W/B)與結(jié)溫存在關(guān)系。
  2、產(chǎn)生LED結(jié)溫的原因有哪些?
  在LED工作時(shí),可存在以下五種情況促使結(jié)溫不同程度的上升:
  a、元件不良的電極結(jié)構(gòu),視窗層襯底或結(jié)區(qū)的材料以及導(dǎo)電銀膠等均存在必定的電阻值,這些電阻相互壘加,構(gòu)成LED元件的串聯(lián)電阻。當(dāng)電流流過P-N結(jié)時(shí),同時(shí)也會(huì)流過這些電阻,從而產(chǎn)生焦耳熱,引致芯片溫度或結(jié)溫的升高。
  b、由于P-N結(jié)不可能極端完善,元件的注人效率不會(huì)達(dá)到100%,也即是說(shuō),在LED工作時(shí)除P區(qū)向N區(qū)注進(jìn)電荷(空***)外,N區(qū)也會(huì)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(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng),而以發(fā)熱的情勢(shì)耗費(fèi)掉了。即使有用的那部分注進(jìn)電荷,也不會(huì)全部變成光,有一部分與結(jié)區(qū)的雜質(zhì)或缺點(diǎn)相聯(lián)合,終極也會(huì)變成熱。
  c、實(shí)踐證實(shí),出光效率的限制是導(dǎo)致LED結(jié)溫升高的重要原因。目前,先進(jìn)的材料生長(zhǎng)與元件***已能使LED極大多數(shù)輸進(jìn)電能轉(zhuǎn)換成光輻射能,然而由于LED芯片材料與四周介質(zhì)相比,具有大得多的折射係數(shù),致使芯片內(nèi)部產(chǎn)生的極大部分光子(>90%)無(wú)法順利地溢出介面,而在芯片與介質(zhì)介面產(chǎn)生全反射,返回芯片內(nèi)部并通過多次內(nèi)部反射終極被芯片材料或襯底接收,并以晶格振動(dòng)的情勢(shì)變成熱,促使結(jié)溫升高。
  d、顯然,LED元件的熱散失才能是決定結(jié)溫高低的又一個(gè)關(guān)鍵條件。散熱才能強(qiáng)時(shí),結(jié)溫降落,反之,散熱才能差時(shí)結(jié)溫將上升。由于環(huán)氧膠是低熱導(dǎo)材料,因此P-N結(jié)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(dǎo)熱才能將直接影響元件的熱散失效率。一個(gè)普通型的LED,從P-N結(jié)區(qū)到環(huán)境溫度的總熱阻在300到600℃/w之間,對(duì)于一個(gè)具有良好結(jié)構(gòu)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(jìn)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(jí)甚至更高。
  3、下降LED結(jié)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(jī)構(gòu);c、減少LED與二次散熱機(jī)構(gòu)安裝介面之間的熱阻;d、把持額定輸進(jìn)功率;e、下降環(huán)境溫度LED的輸進(jìn)功率是元件熱效應(yīng)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(yīng)的重要方法,一是想法提高元件的電光轉(zhuǎn)換效率(又稱外量子效率),使盡可能多的輸進(jìn)功率轉(zhuǎn)變成光能,另一個(gè)重要的道路是想法提高元件的熱散失才能,使結(jié)溫產(chǎn)生的熱,通過各種道路散發(fā)到四周環(huán)境中往。
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