温度对LED的影响分析

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1、LED(LightEmittingDiode：发光二极管)作为第四代光源，因其节能、环保、长寿命等优点极具发展前景。但因为LED对温度极为敏感，结温升高会影响LED的寿命、光效、光色(波长)、色温、光形(配光)以及正向电压、最大注入电流、光度、色度、电气参数以及可靠性等。本文详细分析了温度升高对LED各光电参数及可靠性的影响，以利于LED芯片和LED照明产品的设计开发。　　一、温度过高会对LED造成永久性破坏　　(1)LED工作温度超过芯片的承载温度将会使LED的发光效率快速降低，产生明显的光衰，并造成损坏;　　(2

2、)LED多以透明环氧树脂封装，若结温超过固相转变温度(通常为125℃)，封装材料会向橡胶状转变并且热膨胀系数骤升，从而导致LED开路和失效。　　二、温度升高会缩短LED的寿命　　LED的寿命表现为它的光衰，也就是时间长了，亮度就越来越低，直到最后熄灭。通常定义LED光通量衰减30%的时间为其寿命。　　通常造成LED光衰的原因有以下几方面：　　(1)LED芯片材料内存在的缺陷在较高温度时会快速增殖、繁衍，直至侵入发光区，形成大量的非辐射复合中心，严重降低LED的发光效率。　　另外，在高温条件下，材料内的微缺陷及来自界面

3、与电板的快扩杂质也会引入发光区，形成大量的深能级，同样会加速LED器件的光衰[1]。　　(2)高温时透明环氧树脂会变性、发黄，影响其透光性能，工作温度越高这种过程将进行得越快，这是LED光衰的又一个主要原因。　　(3)荧光粉的光衰也是影响LED光衰的一个主要原因，因为荧光粉在高温下的衰减十分严重。　　所以，高温是造成LED光衰，缩短LED寿命的主要根源。　　不同品牌LED的光衰是不同的，通常LED厂家会给出一套标准的光衰曲线。例如PhilipsLumiled公司的LuxeonK2的光衰曲线如图1所示，当结温从115℃

4、提高到135℃，其寿命就会从50，000小时缩短到20，000小时。                              　　图1LumiledLuxeonK2的光衰曲线　　高温导致的LED光通量衰减是不可恢复的，LED没有发生不可恢复的光衰减前的光通量，称为LED的“初始光通量”。　　三、温度升高会降低LED的发光效率　　温度影响LED光效的原因包括以下几个方面：　　(1)温度升高，电子与空穴的浓度会增加，禁带宽度会减小，电子迁移率将减小。　　(2)温度升高，势阱中电子与空穴的辐射复合几率降低，造成非辐射复合

5、(产生热量)，从而降低LED的内量子效率[2]。　　(3)温度升高导致芯片的蓝光波峰向长波方向偏移，使芯片的发射波长和荧光粉的激发波长不匹配，也会造成白光LED外部光提取效率的降低[3]。　　(4)随着温度上升，荧光粉量子效率降低，出光减少，LED的外部光提取效率降低。　　(5)硅胶性能受环境温度影响较大。随着温度升高，硅胶内部的热应力加大，导致硅胶的折射率降低，从而影响LED光效。　　一般情况下，光通量随结温的增加而减小的效应是可逆的。也就是说当温度回复到初始温度时，光输出通量会有一个恢复性的增长。这是因为材料的一

6、些相关参数会随温度发生变化，从而导致LED器件参数的变化，影响LED的光输出。当温度恢复至初态时，LED器件参数的变化随之消失，LED光输出也会恢复至初态值。对此，LED的光通量值有“冷流明”和“热流明”之分，分别表示LED结点在室温和某一温度下时LED的光输出。　　一般，LED光通量与结温的关系可以用式(1)表示:　　(1)　　其中，表示结温时的光通量(lm);表示结温时的光通量(lm);为温度系数(1/℃);为LED结温的差值，即。　　一般情况下，值可由实验测定。例如对于InGaAlP基LED相关的值如表1所示。

7、LED材质类别温度系数(1/℃)InGaAlP/GaAs橙红色9.52×10-3InGaAlP/GaAs黄色1.11×10-2InGaAlP/GaP高亮红9.52×10-3InGaAlP/GaP黄色9.52×10-2表1不同材质类别LED的温度系数图2不同k值LED的光输出(百分比)随结温的变化关系　　由图2可以看出：LED光效温度系数k最好在2.0×10-3以下，这样由温度引起的LED光输出降低才不会很大。例如，InGaN类LED的k值约为1.2×10-3，结温125℃时光输出相对结温25℃时降低约11%。　　目前

8、，使用最多的GaN基白光LED的温度系数大多在2.0×10-3～4.0×10-3之间，有的甚至达到了5.0×10-3。k值偏大的LED，更要注意控制结温。　　四、温度对LED发光波长(光色)的影响　　LED的发光波长一般可分成峰值波长与主波长。峰值波长即光强最大的波长，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L