LED的基本結構是一個半導體的PN結。當電流經過LED器件的時候,PN結區的溫度將會上升。所以嚴格意義上來說,是把PN結區的溫度視為LED結溫,也叫PN結溫。但是通常由於器件芯片都比較小,所以也可以把LED芯片的溫度視為LED結溫。

  當LED的結溫升高時,器件輸出的光強度將逐漸減小,而在結溫下降時,輸出光的強度將增大。LED在工作時,以下幾種情況會促使結溫不同程度上升。

  (1)器件不良的電極結構,窗口層襯底或結區的材料及導電銀膠等均存在一定的電阻值,這些電阻相互壘加,構成了LED器件的串聯電阻。當電流流過PN結時,同時也會流過這些電阻,從而導致溫度升高。

  (2)由於PN結不可能極端完美,所以器件的注入效率不會達到100%。也就是說,在LED工作時除P區向N區注入電荷外,N區也會向P區注入電荷。一般來說,後一類電荷注入不會產生光電效應,而是以發熱的形式消耗了。即使有用的那部分注入電荷,也不會全部變成光,而是有一部分與結區的雜質相結合,最終頁以熱的形式消耗。

  (3)實踐證明,出光效率的限制是導致LED結溫升高的主要原因。目前,先進的材料聲場和器件製造工藝已能使LED得絕大多數電能轉換成光輻射能。然而由於LED芯片材料與周圍介質相比,具有大得多的折射係數,所以導致芯片內部產生的絕大部分光子無法溢出界面,而是在芯片與介質面產生反射,返回芯片內部並通過多次內部反射最終被芯片材料或襯底吸收,並以晶格振動的形式變成熱,從而最終促使結溫升高。

  (4)LED器件的熱散失能力是決定結結溫高低的另外一個關鍵因素。熱散失能力強,結溫下降;熱散失能力差時,結溫將升高。由於環氧膠是低熱導材料,所以PN結處產生的熱量很難通過透明環氧向上散發到環境中去,大部分的熱量將通過襯底、银浆、管殼、環氧粘結層、 PCB與熱沉等途徑向下發散。顯然,相關材料的導熱能力將直接影響器件的熱散失效率。一個普通型的LED,從PN結區到環境溫度的總熱阻在300-600℃/W之間。一個具有良好結構的功率型LED器件,其總熱阻約為15-30℃/W。巨大的熱阻差異表明普通型器件只有在很小輸出功率條件下才能正常工作,而功率型器件的耗散功率可以達到瓦級甚至更高。

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