功率型LED結(jié)溫和熱阻在不同電流下性質(zhì)研究

　　圖3是環(huán)境溫度為25°C，1WInGaN白色和藍(lán)色LED的熱阻隨驅(qū)動電流的變化趨勢圖。雖然白光LED要比藍(lán)光LED多出一層YAG熒光粉，但如圖3所示，二者的熱阻值差異不大，表明YAG熒光粉并未嚴(yán)重影響1W白光LED的散熱，功率LED的內(nèi)部熱量靠輻射散發(fā)的很少，主要還是靠芯片傳導(dǎo)到襯底，襯底傳導(dǎo)到鋁基板的方式散發(fā)到外部的。

圖3：InGaN基白色和藍(lán)色LED熱阻變化趨勢圖

　　圖4是3W白光LED熱阻隨驅(qū)動電流變化的趨勢圖，其中，圖4(a)是美國照明研究中心的Jayasinghe等人在環(huán)境溫度25°C時測得的3W白光LED熱阻在不同驅(qū)動電流下的變化趨勢圖，圖4(b)是在相同環(huán)境溫度下測得的3WInGaN基白光LED熱阻趨勢圖。兩種試驗用的LED芯片大小相同，但美國照明研究中心所測量的管子比筆者的封裝要大些。圖4(a)中驅(qū)動電流從100～800mA變化時，熱阻值由8°C·W-1上升到15°C·W-1，在相同的電流變化范圍內(nèi)，圖4(b)熱阻值由7.5°C·W-1上升至19°C·W-1，差異較小，說明我國大功率白光LED發(fā)展迅速，其散熱性能已經(jīng)比較好。

　　圖4：(a)美國照明研究中心測量的3W白色LED熱阻隨電流變化趨勢圖；(b)3W白色LED熱阻隨輸入電流變化趨勢圖

　　3.2　正向電壓法測量結(jié)溫分析

　　表1是環(huán)境溫度25°C，驅(qū)動電流變化范圍從100～1000mA時，不同顏色1W功率LED在相應(yīng)電流下的結(jié)溫。從表中可以看出，各種顏色的功率LED結(jié)溫均隨驅(qū)動電流的增加而上升。分析認(rèn)為，隨著驅(qū)動電流的加大，會導(dǎo)致LED內(nèi)部產(chǎn)生電流擁擠效應(yīng)，電流擁擠會導(dǎo)致光輸出效率的減少(輻射復(fù)合減少)，因此導(dǎo)致結(jié)溫上升，而結(jié)溫的升高會導(dǎo)致LED材料熱導(dǎo)率的變化。一些小組研究得出GaN導(dǎo)熱系數(shù)在25～175°C時從2.50W/(cm·K)下降到1.75W/(cm·K)[4]；其他人研究說溫度從25～125°C時，GaN導(dǎo)熱系數(shù)由2.0W/(cm·K)下降至1.6W/(cm·K)[5]。反過來，材料導(dǎo)熱系數(shù)的下降又會制約LED的熱傳導(dǎo)，進(jìn)一步提高LED結(jié)溫，如此相互制約，甚至?xí)纬蓯盒匝h(huán)。另外，過大的電流還會導(dǎo)致LED各接觸層之間失配度的變化、焊料的退化等，也會導(dǎo)致LED溫度的升高。