LED结温和功率

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1、LED结温和功率      现在的高端发光二极管通常使用高导热材料，冷却系统的设计也与环境温度和特定的最终用途相符，以降低结温，从而应用于从装饰照明到汽车大灯等关键需求，目前LED的最大允许结温是有限的，大约120-135度（最近的记录最高可达185度），而白炽灯灯丝的工作温度为1500-3000度，相比之下，结温是发光二极管应用发展的主要障碍。同时，为了提高LED的功率，即提高电输入能量以获得尽可能大的光功率输出，但这也会导致LED在工作过程中放出大量的热，使管芯结温迅速上升，输入功率越高，发热效应越

2、大。温度的升高将导致器件性能的变化与衰减，甚至失效。 1、结温-LED光输出实验指出，发红、黄光的InGaAlPLED与发蓝、绿光的InGaNLED，其光输出强度均明显依赖于器件的结温。也就是说，当LED的结温升高时，器件的输出光强度将逐渐减小；而当结温下降时，光输出强度将增大。InGaAlPLED的光输出相对量随温度的变化，以25?C作为器件性能的基准点，InGaAlP橙色的LED比红色的LED具有更高的温度灵敏度。当结温升至100?C时，琥珀色器件的输出通量降去了75％。对于InGaAlPLED，温

3、度系数仅与器件的发光波长有关，而与衬底是否透明无关，进一步的实验指出，InGaAlP的发光波长越短，器件的出光通量随温度增加衰减得越快。InGaAlPLED假设25?C时LED的值为100%，那么当结温升至100?C时，640nm、620nm与590nm的InGaAlPLED的光输出分别为原始值的42％、30％与20％。对于InGaN系列的LED，出光通量随温度的变化远小于InGaAlPLED，随着发光波长变短，光输出通量随温度的变化越不明显。一般情况下，这种变化是可逆与可恢复的，这种效应的发生机制显然

4、是由于材料的一些相关参数会随温度发生变化，从而导致器件参数的变化。如随温度的增加，电子与空穴的浓度会增加，禁带宽度会减小，电子迁移率也将减小。这些参量的变化必须引致器件输出光通量的改变。然而当温度恢复至初态时，器件参数的表化也随之消失，输出光通量也恢复至初态值。 2、结温-发光波长LED的发光波长一般可分成峰值波长与主波长二类，前者表示光强最大的波长，而主波长可由X、Y色度坐标决定，反映了人眼所感知的颜色。显然，结温所引致的LED发光波长的变化将直接造成人眼对LED发光颜色的不同感受。对于一个LED器件

5、，发光区材料的禁带宽度值直接决定了器件发光的波长或颜色。InGaAlP与InGaN材料属III-V族化合物半导体。它们的性质与GaAs相仿，当温度升高时，材料的禁带宽度将减小，导致器件发光波长变长，颜色发生红移。InGaAlP与InGaNLED，峰值波长随温度的变化要大于主波长随温度的变化，其中InGaAlPLED尤甚。人眼对不同波长的颜色感知灵敏度是存在着很大的差异，在蓝、绿、黄区域，很小的波长变化就将引致人眼感觉上的变化。从而对蓝、绿、黄器件的温升效应提出了更高的要求。一般来说，2～5nm的波长变化

6、人眼就可以感觉到；而对红光波长的变化，人眼的感觉就要相对迟钝一些，但也能感觉到15nm的波长差异。显然，对于琥珀（黄）颜色，由于人眼最为灵敏，因此颜色仓的波长间隔分得很细，仅为2-3nm，但对于红色区域，其间隔扩大到15nm。这就是说，为什么对黄色交通信号灯的颜色标定与均匀度的要求较高，而红色交通灯的颜色要求相对要低得多（本人的前文，关于稀氮化物半导体已经提到了新材料对此的改进）。 3、结温-LED正向电压正向电压是判定LED性能的一个重要参量，它的数值取决于半导体材料的特性，芯片尺寸以及器件的成结与电

7、极制作工艺。相对于20mA的正向电流通常InGaAlPLED的正向电压在1.8V~2.2V之间，而发蓝、绿光的InGaNLED的正向电压处在3.0V—3.5V之间。电压随温度的变化是可恢复的，但如在高温情况下，由于结区缺陷与杂质的大量增殖与集聚，也将造成额外复合电流的增加，而使正向电压下降。 4、高温下器件性能的衰变在高温下，LED的光输出特性除会发生可恢复性的变化外，还将随时间产生一种不可恢复的永久性的衰变。对于同一类LED器件，在相同的工作电流时，结温越高器件的输出光强衰减得越快。对于一个确定的器件

8、而言，一般来说，结温的大小取决于工作电流与环境温度。工作电流固定以后，环境温度越高，结温就越高，器件性能的衰减速率就越快。反之，当环境温度确定后，器件的工作电流越大，结温也将越高，器件性能衰减的速率就越快。为确保一个LED器件的正常工作条件，让器件的结温低于某一个确定的值是十分必要的。为此，当环境温度升高时，应适当减小工作电流，直至当环境温度升至临界温度时，将工作电流减至零，此时结温将等于环境温度。通常有二种原因促成高温条件下LED器件输出