大功率LED灯芯温度特性测试技术研究(2)
致 谢 33
参 考 文 献 34
附录一 热电偶信号调理电路原理图 35
附录二 热电偶信号调理电路实物图 36
附录三 铜-康铜热电偶分度表 37
1 绪论
1．1 课题研究背景
大功率LED作为第四代电光源，享有“绿色照明光源”之称，具有体积小、安全低电压、寿命长、电光转换效率高、响应速度快、节能、环保、方向性好等优点，其必将取代传统的白炽灯、卤钨灯和荧光灯而成为21世纪的新一代光源。
大功率LED是指拥有大额定工作电流的发光二极管。普通LED功率一般为0.05W、工作电流为20mA，而大功率LED可以达到1W、2W、甚至数十瓦，工作电流可以是几十毫安到几百毫安不等。
随着各国对环境问题的日益重视，LED照明备受关注。目前，LED具有较高的发光效率，制造成本也在大幅下降，LED照明应用前景广阔。但大功率LED灯的散热仍然是LED照明行业发展的瓶颈，若散热问题得不到解决，将会使LED灯结点温度上升，导致其发光效率降低、使用寿命缩短[1]，因此其导热性能越来越受到关注。研究LED热性能的有效途径之一是准确测量LED灯芯温度的分布特性[6]。
LED灯输入功率随输入电流的增大而增大[8]，LED的结温随着输入电流的增大而升高，发光效率也随之增大，且当电流为350mA时LED灯发光效率达到最大。但当电流增大到一定值后，结温也将升至很高，此时发光效率反而会迅速减小。
半导体结点(从IC中数以百万计的晶体管到实现高亮度LED的大面积复合结点)可能由于不断产生的热量而在早期发生故障。当特征尺寸缩小且电流要求提高时，这将成为一个非常严重的问题，甚至正常操作也可能聚积热量，使结点温度升高。结点温度升高将会对LED灯的发光特性及发光效率产生一定的影响：
（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(产生热量)，从而降低LED的内量子效率。
（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。
（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。
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[4][8]。
在高温条件下，材料内的微缺陷及来自界面与电板间的杂质也会引入发光区，形成大量的能级，同样会加速LED器件的光衰[10][11]。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。荧光粉在高温下的衰减十分严重，其光衰也是影响LED发光性能的一个主要原因[12]。因此，高温会导致LED器件的寿命大幅度下降。
为提高LED发光效率，延长LED寿命，对LED灯芯温度特性的研究是十分必要的。
1．2 国内外研究现状的分析
LED热性能的测试首先要测试LED的结温,即工作状态下LED芯片的温度。关于LED芯片温度的测试,理论上有多种方法,如红外光谱法、波长分析法和电压法等等。目前实际使用的是电压法。1995年12月电子工业联合会/电子工程设计发展联合会议发布的标准对于电压法测量半导体结温的原理、方法和要求等都作了详细规范[11]。