简析LED结温

一、LED结温的定义

LED结温是指LED芯片的运行温度,是影响LED发光效率和寿命的重要因素之一。当LED芯片工作时,电流会使芯片内部产生热量,导致芯片温度升高。如果芯片温度过高,则可能导致光衰减加快、寿命缩短、颜色偏移等问题。

因此,在LED的设计和使用中,需要考虑LED结温,并采取适当的措施来控制芯片的温度,以确保LED的性能和寿命。LED的光衰是和它的结温有关,所谓结温就是半导体PN结的温度,结温越高,越早出现光衰,也就是寿命越短。一般情况下,LED工作时的结温应该控制在85℃以下。

二、LED结温对器件的影响

当电流通过 LED 元器件的时候,P-N 结的温度会随之上升,并且将 P-N 的温度定义为 LED 结温,LED 结温直接决定着 LED 的光学特性和电学特性。结温的上升会导致禁带的宽度、电子空穴浓度、有效载离子复合率等微观参数变化,从而导致发光波长偏移、 白光 LED 的光度和色度性能变差、寿命变短、加速 LED 光电特性的恶化等,同时封装材料的特性也会在高结温的影响下迅速衰减,从而导致 LED 器件失效。

三、LED 结温的测量方法

LED结温的测量方法主要有:正向电压法、管脚温度法、红外热成像法、蓝白比法、光谱法,本文重点介绍一下管脚温度法,这个方法的应用领域挺广泛的。

正向电压法和管脚温度法的测量过程以及测量所需器件简易明了,测量成本低且测量精度高,但是不易于测量成品 LED 灯具,而蓝白比法和光谱法测量不破坏灯具结构、高效直观,测量条件及成本较高。

管脚温度法

管脚温度法也叫作热阻法或微电偶接触测量法。 图1是 LED 管脚温度与正向电压的关系。从图中可以看出,LED 芯片的管脚温度T与LED正向电压V成线性关系。

 

                                                                 图1 LED 管脚温度T与正向电压V的关系

以下为实际客户的案例

Question:LED透镜温度过高,会不会影响LED的正常使用?

Solution:衡量LED是否能正常使用,测出LED结温,若结温正常,则证明LED可正常使用。

正确评估LED能否正常使用,可采用管脚测温法,方法如下:

管脚温度法是将热电偶与 LED 器件芯片的管脚或者散热器上,通过读取管脚(测LED焊角负极)或者基板的温度,跟消耗的功率以及热阻系数来推算出结温。

换算公式为:Tj= Ts + Pj × R(θ j-p)

式中 Tj ——在稳定状态下 LED 芯片的结温,

Ts ——管脚温度,

Pj —— LED 器件消耗的功率,

R(θj-p)—— PN 结到指定外围环境下热阻。

若LED结温低于规格书上所对应的温度,即LED温度正常。 

四、如何改善LED结温对光效的影响?

LED器件在工作过程中产生的热量积累导致LED芯片内部温度升高,从而影响其光电性能。为了改善LED结温对光效的影响,可以考虑以下几个方面:

1.散热:加强LED散热设计,如增加散热片、采用高导热材料等方式来提高LED的散热效率,减少LED芯片的温升。选择合适的散热器,将LED芯片产生的热量尽可能地散发出去,从而控制LED结温。因此,在选择LED散热器时,需要考虑散热器的材质、结构和面积等因素。

2.降低驱动电流:调整LED的驱动电流大小,使其处于合适的电流范围内,避免超过额定电流而导致LED产生过多的热量。控制LED的工作电流可以有效地控制芯片的温度。通常情况下,LED的额定电流和最大电流是由制造商指定的,使用时应严格遵守。

3.优化LED芯片材料:选择具有良好散热性能的LED芯片材料,例如蓝宝石等材料,可有效提升LED的散热能力。

4.精密制造和封装:在LED制造和封装过程中,合理地控制制造工艺和精密封装技术,以确保LED芯片与散热器之间有良好的接触。

5.环境温度控制:在LED的应用场合中,如车灯、路灯等,应该采取适当的措施来控制周围环境的温度,以保证LED芯片的稳定运行。

综上上述,有效地改善LED结温对光效的影响,可提高LED的光电性能和可靠性。 

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