如何改善LED散熱性能

圖3 熱隔離封裝結構中，樣品沿h2方向的徑向溫度分布(h2=1mm)

綜上所述，降低熒光粉層溫度的有效辦法是在芯片與熒光粉層之間引入低導熱的熱隔離層，尤其對于更大功率的LED器件而言，對熒光粉的熱控制技術顯得尤為重要。

2．熒光粉局域熱效應

熒光粉層并不是具有均勻熱導率的單一介質，而是由熒光粉顆粒與低導熱的硅膠混合而成，每顆熒光粉顆粒由硅膠包裹而成。我們的研究結果表明熒光粉顆粒在不同的轉化效率下(即不同的釋熱量)芯片和熒光粉的溫場分布。在熒光粉轉化效率高(>80%)的情況下，熒光粉的溫度主要受芯片加熱的影響。熒光粉距離芯片越近，溫度越高，熱隔離的措施能有效降低熒光粉的溫度。在熒光粉顆粒發(fā)熱明顯的情況下，由于包裹熒光粉顆粒是低導熱率的硅膠，熒光粉顆粒會形成局域熱量，使得熒光粉顆粒的溫度升高，甚至超過芯片的溫度。而出現(xiàn)熒光粉局域熱量的條件是熒光粉的低轉化效率，導致熒光粉釋熱大。

在實際的LED封裝結構中，熒光粉的轉化效率高，熒光粉的溫度主要是由于芯片的加熱作用，熒光粉與芯片直接有效的熱隔離能明顯降低熒光粉的溫度。進一步降低熒光粉層的溫度可以通過提高熒光粉層的導熱率來實現(xiàn)。

為了表明兩種封裝結構對白光LED光色性能的影響，我們把LED白光光譜中藍光波段(Blue)和黃光波段(Yellow)提取出來，以藍光波段光譜和黃光波段光譜的積分量比例值(B/Y)作為光譜*價依據(jù)。圖4表明的是電流從50mA到800mA，兩種情況下B/Y值跟注入電流的關系，B/Y值的變化反映了白光LED光色的變化，在圖6中，我們展示了兩種結構中光通量、色溫(CCT)跟注入電流的變化關系。兩種封裝結構中，注入電流在達到300mA以前，兩者光通量的值幾乎沒發(fā)生變化，隨著注入電流的繼續(xù)升高，熱隔離封裝結構顯示了更好的光飽和性能。色溫CCT反映了白光LED光色的表現(xiàn)性能，注入電流從50mA增加到800mA，熱隔離結構的LED色溫僅變化253K，而傳統(tǒng)結構LED色溫變化達1773K。圖5中B/Y值的變化也反映了這種趨勢，熱隔離封裝結構在較大的電流變化范圍內B/Y值變化很小，而傳統(tǒng)結構中B/Y值的變化很大。在傳統(tǒng)結構中，電流越大時，B/Y值也隨著增大，這說明隨著電流增加，LED光譜中藍光成分增強，而將藍光轉化為黃光的熒光粉轉化效率下降。而造成熒光粉轉化效率下降的一個重要原因就是芯片對熒光粉的加熱，造成了熒光粉溫度上升。

圖4 兩種封裝結構中白光LED光譜中藍光段(Blue)與黃光段(Yellow)光強比(B/Y)(插圖是藍光和黃光比例)

圖5 兩種封裝結構光通量(左軸)和色溫(右軸)與電流的依賴關系

熒光粉熱隔離封裝結構帶來光色性能的改善，一個重要原因是由于該結構降低了熒光粉的溫度，使得熒光粉保持了較高的轉化效率。