LED結(jié)溫的相關(guān)知識

1、什么是LED的結(jié)溫？

LED的基本結(jié)構(gòu)是一個半導體的P-N結(jié)。實驗指出，當電流流過LED元件時，P-N結(jié)的溫度將上升，嚴格意義上說，就把P-N結(jié)區(qū)的溫度定義為LED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、可靠性高、易驅(qū)動、節(jié)能、環(huán)保等特點，已被廣泛應用于交通、廣告和儀器儀表的顯示中，現(xiàn)已在特殊照明中獲得應用[1][2],并將成為普通照明中的主要光源[3].目前世界上生產(chǎn)和使用LED呈現(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)光強度和光通量會下降，壽命降低，對白光還會導致激發(fā)效率的下降[4],這主要是由于LED結(jié)溫升高導致的。2002年Hongetal.[5]研究結(jié)果表明，AlGaInP紅色LEDs的峰值波長的偏移與結(jié)溫的變化存在線性關(guān)系。對于白光LED,隨著結(jié)溫的增加，LED發(fā)出黃光和藍光的強度以不同的速率下降，白光LED的總能量和藍光能量比率（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，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)的材料以及導電銀膠等均存在一定的電阻值，這些電阻相互壘加，構(gòu)成LED元件的串聯(lián)電阻。當電流流過P-N結(jié)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(jié)溫的升高。

b、由于P-N結(jié)不可能極端完美，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)注入電荷（空穴）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)熱的形式消耗掉了。即使有用的那部分注入電荷，也不會全部變成光，有一部分與結(jié)區(qū)的雜質(zhì)或缺陷相結(jié)合，最終也會變成熱。

c、實踐證明，出光效率的限制是導致LED結(jié)溫升高的主要原因。目前，先進的材料生長與元件制造工藝已能使LED極大多數(shù)輸入電能轉(zhuǎn)換成光輻射能，然而由于LED芯片材料與周圍介質(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)部反射最終被芯片材料或襯底吸收，并以晶格振動的形式變成熱，促使結(jié)溫升高。

d、顯然，LED元件的熱散失能力是決定結(jié)溫高低的又一個關(guān)鍵條件。散熱能力強時，結(jié)溫下降，反之，散熱能力差時結(jié)溫將上升。由于環(huán)氧膠是低熱導材料，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)境中去，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，相關(guān)材料的導熱能力將直接影響元件的熱散失效率。一個普通型的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，對于一個具有良好結(jié)構(gòu)的功率型LED元件，其總熱阻約為15到30℃/w.巨大的熱阻差異表明普通型LED元件只能在很小的輸入功率條件下，才能正常地工作，而功率型元件的耗散功率可大到瓦級甚至更高。

3、降低LED結(jié)溫的途徑有哪些？

a、減少LED本身的熱阻；b、良好的二次散熱機構(gòu)；c、減少LED與二次散熱機構(gòu)安裝介面之間的熱阻；d、控制額定輸入功率；e、降低環(huán)境溫度LED的輸入功率是元件熱效應的唯一來源，能量的一部分變成了輻射光能，其餘部分最終均變成了熱，從而抬升了元件的溫度。顯然，減小LED溫升效應的主要方法，一是設法提高元件的電光轉(zhuǎn)換效率（又稱外量子效率），使盡可能多的輸入功率轉(zhuǎn)變成光能，另一個重要的途徑是設法提高元件的熱散失能力，使結(jié)溫產(chǎn)生的熱，通過各種途徑散發(fā)到周圍環(huán)境中去。