城市道路照明灯具中LED结温的意义和测量方法.doc

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1、城市道路照明灯具中LED结温的意义和测量方法摘要：城市道路照明中不可缺少LED灯具，具有运行可靠、高效节电、等诸多优点。本文介绍了测量半导体LED灯具的结温意义和测量方法,供大家参考。关键词：LED结温测量中图分类号：U41文献标识码：A文章编号：一、刖吕由于LED半导体照明灯具具有光效高、寿命长、不含重金属等突出优点，是继白炽灯、高压汞灯、高压钠灯、金卤灯之后新一代大功率照明产品，因此在城市道路照明系统中，LED路灯应用越来广泛。作为LED路灯的关键光源FED的质量就成为重耍的研究对象，其中LED结温是影响发光效率、使用寿命的重要参数Z-oLED的基本结构是一个半导体的P-N结。实验指出，

2、当电流流过LED器件时，P-N结的温度将上升，严格意义上说，就把P-N结区的温度视之为结温。通常由于器件芯片均具有很小的尺寸，因此我们也可把LED芯片的温度视之为结盟。在LED工作时，可存在以下四种情况促使结温不同程度的上升：器件不良的电极结构，窗口层衬底或结区的材料以及导电银胶等均存在一定的电阻值，当电流流过P-N结时，同时也会流过这些电阻，从而产生焦耳热，引致芯片温度或结温的升高。由于P-N结不可能极端完美，器件的注入效率不会达到100%,而以发热的形式消耗掉了。由于LED芯片材料与周围介质相比，具有大得多的折射系数，致使芯片内部产生的极大部分光子（＞90%）无法顺利地溢出界血，而在芯片

3、与介质面产生全反射，返冋芯片内部并通过多次内部反射最终被芯片材料或衬底吸收，并以晶格振动的形式变成热，促使结温升高。LED器件的热散失能力是决定结温高低的又一个关键条件。散热能力强时，结温下降，反之，散热能力差时结温将上升。意义（-）结温对LED光输出的影响实验指出，LED的光输出均明显依赖于器件的结晶。当LED的结温升高时，器件的输出光强度将逐渐减小，而结温下降时，光输出强度将增大。表（1）列出了相对于25°C而言100°C结温时不同波长响应的TnGaAlP与InGaNLED的光输出通量的相对变化值。表1100°C结温时相对于25°C结温LED光通量的相对变化一般情况下，光输出通量随结温的

4、增加而减小的效应是可逆的，也即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。这种效应的发生机制显然是由于材料的一些相关参数会随温度变化，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，禁带宽度会变小，电子迁移率也将减小。这些参量的变化必定引致器件输出光通量的改变。然而当温度恢复至初态时，器件参数的变化也将随之消失，输出光通量也会回复至初态值。(―)结温对LED的发光波长与颜色的影响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色度处标决定，反映了人眼可感知的颜色。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

5、发光颜色的不同感受。对于一个LED器件，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。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。通常可将波长随结温的变化表示如下：X(T2)二入(Tl)+ATK(nm/°C)其中：X(T2)结温T2时的波长X(T1)结温T1时的波长Kd,Kp主波长与峰值波长随温度的变化系数表2LED波长偏移系数（三）结温对LED使用寿命的影响在高温下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。所谓最高结温是指确保一个LED器件在正常工作条件在正常工作条件下，器件所能承受的最高温度。为此，当环境温度

6、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门时，将工作电流减至零，此时结温将等于环境温度。通常有二种原因促使高温下LED输出性能的永久性衰减，一个原因是材料内缺陷的增殖。众所周知，现代的高亮LED器件通常都采用MOCVD技术在GaAs＞蓝宝石等异质衬底上外延生长InGaAlP或InGaN等材料制成，为提高发光效率，外延材料均含有多层结构，由于各外延层之间存在着或多或少的晶格失配，从而在界面上形成大量的诸如位错等结构缺陷。在较高温度时，这些缺陷会快速增殖、繁衍，直至侵入发光区，形成大量的非辐射复合中心，严重降低器件的注入效率与发光效率。另外，在高温条件下，材料内的微缺陷及来自界面与

7、电极的快扩散杂质也会引入发光区，形成大量的深能级，同样会加速LED器件性能的衰变。高温时，LED封装环氧存在着一个重要特性，即当环氧温度超过一个特定温度Tg=125°C时，封装环氧的特性将从一种钢性的类玻璃状态转变成一种柔软的似橡胶态状的物质。此时材料的膨胀系数急剧增加，形成一个明显的拐点，这个拐点所对应温度即为环氧树脂的玻璃状转化温度，其值通常为125°C。当器件在此温度附近或高于此温度变化时，将发生明显的