如何改善LED散熱性能

圖3 熱隔離封裝結(jié)構(gòu)中，樣品沿h2方向的徑向溫度分布(h2=1mm)

綜上所述，降低熒光粉層溫度的有效辦法是在芯片與熒光粉層之間引入低導(dǎo)熱的熱隔離層，尤其對(duì)于更大功率的LED器件而言，對(duì)熒光粉的熱控制技術(shù)顯得尤為重要。

2．熒光粉局域熱效應(yīng)

熒光粉層并不是具有均勻熱導(dǎo)率的單一介質(zhì)，而是由熒光粉顆粒與低導(dǎo)熱的硅膠混合而成，每顆熒光粉顆粒由硅膠包裹而成。我們的研究結(jié)果表明熒光粉顆粒在不同的轉(zhuǎn)化效率下(即不同的釋熱量)芯片和熒光粉的溫場(chǎng)分布。在熒光粉轉(zhuǎn)化效率高(>80%)的情況下，熒光粉的溫度主要受芯片加熱的影響。熒光粉距離芯片越近，溫度越高，熱隔離的措施能有效降低熒光粉的溫度。在熒光粉顆粒發(fā)熱明顯的情況下，由于包裹熒光粉顆粒是低導(dǎo)熱率的硅膠，熒光粉顆粒會(huì)形成局域熱量，使得熒光粉顆粒的溫度升高，甚至超過(guò)芯片的溫度。而出現(xiàn)熒光粉局域熱量的條件是熒光粉的低轉(zhuǎn)化效率，導(dǎo)致熒光粉釋熱大。

在實(shí)際的LED封裝結(jié)構(gòu)中，熒光粉的轉(zhuǎn)化效率高，熒光粉的溫度主要是由于芯片的加熱作用，熒光粉與芯片直接有效的熱隔離能明顯降低熒光粉的溫度。進(jìn)一步降低熒光粉層的溫度可以通過(guò)提高熒光粉層的導(dǎo)熱率來(lái)實(shí)現(xiàn)。

為了表明兩種封裝結(jié)構(gòu)對(duì)白光LED光色性能的影響，我們把LED白光光譜中藍(lán)光波段(Blue)和黃光波段(Yellow)提取出來(lái)，以藍(lán)光波段光譜和黃光波段光譜的積分量比例值(B/Y)作為光譜*價(jià)依據(jù)。圖4表明的是電流從50mA到800mA，兩種情況下B/Y值跟注入電流的關(guān)系，B/Y值的變化反映了白光LED光色的變化，在圖6中，我們展示了兩種結(jié)構(gòu)中光通量、色溫(CCT)跟注入電流的變化關(guān)系。兩種封裝結(jié)構(gòu)中，注入電流在達(dá)到300mA以前，兩者光通量的值幾乎沒(méi)發(fā)生變化，隨著注入電流的繼續(xù)升高，熱隔離封裝結(jié)構(gòu)顯示了更好的光飽和性能。色溫CCT反映了白光LED光色的表現(xiàn)性能，注入電流從50mA增加到800mA，熱隔離結(jié)構(gòu)的LED色溫僅變化253K，而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)LED色溫變化達(dá)1773K。圖5中B/Y值的變化也反映了這種趨勢(shì)，熱隔離封裝結(jié)構(gòu)在較大的電流變化范圍內(nèi)B/Y值變化很小，而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中B/Y值的變化很大。在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，電流越大時(shí)，B/Y值也隨著增大，這說(shuō)明隨著電流增加，LED光譜中藍(lán)光成分增強(qiáng)，而將藍(lán)光轉(zhuǎn)化為黃光的熒光粉轉(zhuǎn)化效率下降。而造成熒光粉轉(zhuǎn)化效率下降的一個(gè)重要原因就是芯片對(duì)熒光粉的加熱，造成了熒光粉溫度上升。

圖4 兩種封裝結(jié)構(gòu)中白光LED光譜中藍(lán)光段(Blue)與黃光段(Yellow)光強(qiáng)比(B/Y)(插圖是藍(lán)光和黃光比例)

圖5 兩種封裝結(jié)構(gòu)光通量(左軸)和色溫(右軸)與電流的依賴關(guān)系

熒光粉熱隔離封裝結(jié)構(gòu)帶來(lái)光色性能的改善，一個(gè)重要原因是由于該結(jié)構(gòu)降低了熒光粉的溫度，使得熒光粉保持了較高的轉(zhuǎn)化效率。