LED结温的相关知识

1、什么是LED的结温？

LED的基本结构是一个半导体的P-N结。实验指出，当电流流过LED元件时，P-N结的温度将上升，严格意义上说，就把P-N结区的温度定义为LED的结温。通常由于元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温。

发光二极管（LED）由于其亮度高、功耗低、寿命长、可靠性高、易驱动、节能、环保等特点，已被广泛应用于交通、广告和仪器仪表的显示中，现已在特殊照明中获得应用[1][2],并将成为普通照明中的主要光源[3].目前世界上生产和使用LED呈现急速上升的趋势，但是LED存在发热现象，随着LED的工作时间和工作电流的增加，其发光强度和光通量会下降，寿命降低，对白光还会导致激发效率的下降[4],这主要是由于LED结温升高导致的。2002年Hongetal.[5]研究结果表明，AlGaInP红色LEDs的峰值波长的偏移与结温的变化存在线性关系。对于白光LED,随着结温的增加，LED发出黄光和蓝光的强度以不同的速率下降，白光LED的总能量和蓝光能量比率（W/B）与结温存在关系。

2、产生LED结温的原因有哪些？

在LED工作时，可存在以下五种情况促使结温不同程度的上升：

a、元件不良的电极结构，视窗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，这些电阻相互垒加，构成LED元件的串联电阻。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。

b、由于P-N结不可能极端完美，元件的注人效率不会达到100%,也即是说，在LED工作时除P区向N区注入电荷（空穴）外，N区也会向P区注人电荷（电子），一般情况下，后一类的电荷注人不会产生光电效应，而以发热的形式消耗掉了。即使有用的那部分注入电荷，也不会全部变成光，有一部分与结区的杂质或缺陷相结合，最终也会变成热。

c、实践证明，出光效率的限制是导致LED结温升高的主要原因。目前，先进的材料生长与元件制造工艺已能使LED极大多数输入电能转换成光辐射能，然而由于LED芯片材料与周围介质相比，具有大得多的折射係数，致使芯片内部产生的极大部分光子（>90%）无法顺利地溢出介面，而在芯片与介质介面产生全反射，返回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。

d、显然，LED元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。由于环氧胶是低热导材料，因此P-N结处产生的热量很难通过透明环氧向上散发到环境中去，大部分热量通过衬底、银浆、管壳、环氧粘接层，PCB与热沉向下发散。显然，相关材料的导热能力将直接影响元件的热散失效率。一个普通型的LED,从P-N结区到环境温度的总热阻在300到600℃/w之间，对于一个具有良好结构的功率型LED元件，其总热阻约为15到30℃/w.巨大的热阻差异表明普通型LED元件只能在很小的输入功率条件下，才能正常地工作，而功率型元件的耗散功率可大到瓦级甚至更高。

3、降低LED结温的途径有哪些？

a、减少LED本身的热阻；b、良好的二次散热机构；c、减少LED与二次散热机构安装介面之间的热阻；d、控制额定输入功率；e、降低环境温度LED的输入功率是元件热效应的唯一来源，能量的一部分变成了辐射光能，其餘部分最终均变成了热，从而抬升了元件的温度。显然，减小LED温升效应的主要方法，一是设法提高元件的电光转换效率（又称外量子效率），使尽可能多的输入功率转变成光能，另一个重要的途径是设法提高元件的热散失能力，使结温产生的热，通过各种途径散发到周围环境中去。