【精品】PPT课件 LED热学参数测试研究共37页文档
LED主要参数及电学光学热学特性
LED主要参数及电学、光学、热学特性LED电子显示屏是利用化合物材料制成pn结的光电器件。
它具备pn结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
1、LED电学特性1.1 I-V特性表征LED芯片pn结制备性能主要参数。
LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。
如左图：(1) 正向死区：（图oa或oa′段）a点对于V0 为开启电压，当V＜Va，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。
（2）正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系IF = IS (e qVF/KT –1) -------------------------IS 为反向饱和电流。
V＞0时，V＞VF的正向工作区IF 随VF指数上升IF = IS e qVF/KT（3）反向死区：V＜0时pn结加反偏压V= - VR 时，反向漏电流IR（V= -5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。
（4）反向击穿区V＜- VR ，VR 称为反向击穿电压；VR 电压对应IR为反向漏电流。
当反向偏压一直增加使V＜- VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。
由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。
1.2 C-V特性鉴于LED的芯片有9×9mil (250×250um)，10×10mil，11×11mil (280×280um)，12×12mil (300×300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C≈n+pf左右。
C-V特性呈二次函数关系（如图2）。
由1MHZ交流信号用C-V特性测试仪测得。
1.3 最大允许功耗PF m当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IFLED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。
LED散热原理与技术简介-PPT精选文档
LED散热原理与技术简介
产生热量的原因2
1. 芯片PN结处发出的光子在通过芯片表面的时候，由于芯片的折射 率远大于空气和封装用的硅胶，存在全反射的现象，导致到达表 面的光子被反射回芯片内部，最终转换成了热量。外量子效率的 定义为： ηex ＝芯片发射出的光子数量/PN结产生的光子数量。 通常外量子效率从3％～30％不等（2019年）
单色LED光谱分布
白炽灯光谱分布
LED散热原理与技术简介
散热的重要性
1.温度对LED的影响 荧光粉 光谱分布 光输出
LED散热原理与技术简介
1.1 温度对黄色荧光粉激发效率的影响
LED散热原理与技术简介
1.2 光谱分布对色温和色坐标影响
LED散热原理与技术简介
测量结果
LED散热原理与技术简介
LED散热原理与技术简介
LED散热原理与技术简介
LED热学特性及散热分析
LED散热原理与技术简介
产生热量的原因1
图 (a)电子与空穴结合产生辐射复合，辐射光子能量为hv≈Eg。 图(b)在非辐射复合中，电子与空穴结合后转化为晶格振动（以热量的形式表现） 在目前的技术条件下，不同波长的LED芯片中，非辐射复合百分比从1％（红橙色）～97
A代表传热的面积(或是两物体的接触面的温度差，单位：℃；
因此，从公式我们就可以发现，热量传递的大小与热传导系数、热传
热面积成正比，同距离成反比。
LED散热原理与技术简介 几种常见金属材料的热传导系数（20℃）
LED散热原理与技术简介
对流 : 对流指的是流体(气体或液体)与固体表面接触，造成流体从固 体表面将热带走的热传递方式。
LED主要参数及电学、光学、热学特性
LED主要参数及电学、光学、热学特性LED电子显示屏是利用化合物材料制成pn结的光电器件。
它具备pn结结型器件的电学特性:I-V特性、C-V特性和光学特性:光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
1、LED电学特性1.1I-V特性表征LED芯片pn结制备性能主要参数。
LED的I-V特性具有非线性、整流性质:单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。
如左图:(1)正向死区:(图oa或oa′段)a点对于V0为开启电压，当V<Va，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大;开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。
(2)正向工作区:电流IF与外加电压呈指数关系IF=IS(eqVF/KT–1)---IS 为反向饱和电流。
V>0时，V>VF的正向工作区IF随VF指数上升IF=ISeqVF/KT(3)反向死区:V<0时pn结加反偏压V=-VR时，反向漏电流IR(V=-5V)时，GaP为0V，GaN为10uA。
(4)反向击穿区V<-VR，VR称为反向击穿电压;VR电压对应IR为反向漏电流。
当反向偏压一直增加使V<-VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。
由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。
1.2C-V特性鉴于LED的芯片有9×9mil(250×250um)，10×10mil，11×11mil(280×280um)，12×12mil(300×300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容(零偏压)C≈n+pf左右。
C-V特性呈二次函数关系(如图2)。
由1MHZ 交流信号用C-V特性测试仪测得。
1.3最大允许功耗PFm当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IFLED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。
LED主要参数及电学光学热学特性
LED主要参数及电学、光学、热学特性LED电子显示屏是利用化合物材料制成pn结的光电器件。
它具备pn结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
1、LED电学特性1.1 I-V特性表征LED芯片pn结制备性能主要参数。
LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。
如左图：(1) 正向死区：（图oa或oa′段）a点对于V0 为开启电压，当V＜Va，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。
（2）正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系IF = IS (e qVF/KT –1) -------------------------IS 为反向饱和电流。
V＞0时，V＞VF的正向工作区IF 随VF指数上升IF = IS e qVF/KT（3）反向死区：V＜0时pn结加反偏压V= - VR 时，反向漏电流IR（V= -5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。
（4）反向击穿区V＜- VR ，VR 称为反向击穿电压；VR 电压对应IR为反向漏电流。
当反向偏压一直增加使V＜- VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。
由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。
1.2 C-V特性鉴于LED的芯片有9×9mil (250×250um)，10×10mil，11×11mil (280×280um)，12×12mil (300×300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C≈n+pf左右。
C-V特性呈二次函数关系（如图2）。
由1MHZ交流信号用C-V特性测试仪测得。
1.3 最大允许功耗PF m当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IFLED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。
2024版大学物理热学完整ppt课件
介绍根据制冷原理和应用领域划分的不同类型制冷技术，如压缩 式制冷、吸收式制冷、热电制冷等。
新型制冷技术介绍
简要介绍一些新兴的制冷技术，如磁制冷、声制冷等，并分析其 优缺点及发展前景。
25
常见制冷设备工作原理介绍
1 2
家用冰箱
详细介绍家用冰箱的结构、工作原理及性能指标， 包括压缩式制冷系统和吸收式制冷系统等。
分析制冷技术在环境保护（如 减少温室气体排放）和可持续 发展方面的应用前景，讨论其 在实现绿色低碳发展中的重要 作用。
2024/1/30
27
06
热学实验方法与技巧分享
2024/1/30
28
温度测量方法及误差分析
接触式测温法
利用热平衡原理，使测温元件与被测物体接触，达到热平衡后测量测温元件的物理量。
2024/1/30
5
热力学第一定律
2024/1/30
内容
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其 他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。
数学表达式
ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸收的 热量，W表示外界对系统做的功。
6
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微 增量总是大于零。
大学物理热学完整ppt课件
2024/1/30
1
contents
目录
2024/1/30
• 热学基本概念与原理 • 气体动理论与统计规律 • 热传导、对流与辐射传热方式 • 相变与相平衡原理及应用 • 热力学循环与制冷技术基础 • 热学实验方法与技巧分享
东南大学物理学院-LED热学特性研究实验讲义
大功率LED热学特性研究（课题实验）发光二极管（Light Emitting Diode, LED）在过去十几年里有了飞速的发展，逐渐突破了仅能作为低功率指示灯光源的限制，被广泛应用于日常照明和显示等领域[1-2]。
LED是通过外电流注入的电子和空穴在耗尽层中复合，以辐射复合产生光子而发光，同时也会有部分复合能量传递给晶格原子或离子，发生非辐射跃迁，这部分能量转换成热能损耗在PN结内。
对于小功率LED来说这部分热量很小可以不作考虑。
然而，对于大功率照明用LED而言，其发热量大幅提高，直接影响到了LED的发光效率和器件的使用寿命，以及引起波长的漂移，造成颜色不纯等一系列问题。
因此，研究功率型LED的热学与发光特性不仅涉及半导体物理的基础问题，也是目前光电工程领域的开发热点[3-4]。
一、实验原理简介1. 脉冲法测量结温准确测量LED的结温是研究LED热学特性的基础。
LED灯的基本结构如图1所示，其芯片的核心结构是一个半导体的PN结，所谓LED的结温指的就是PN结的温度。
由于PN 结的尺寸很小，又被荧光材料和树脂胶包裹，无法直接测量其温度，因此常用间接法来测量结温。
本实验仪器采用一种较为新颖的脉冲法测量结温，该方法于2008年由美国NIST实验室提出[7]。
其核心思想是通过脉冲电流来限制结温TJ的上升，使之与器件表面可测量温度TB接近一致。
当给待测LED灯通入一个幅值为额定值的脉冲电流时，芯片在脉冲内正常发光并升温，但由于电流占空比很小，芯片温度会在一个较长的电流截止状态下降低到和表面温度一致。
从整体效果来看，只要脉冲占空比足够小，LED的芯片温度能维持和表面温度一致，如图2所示。
这样，只要借助温控仪就能在脉冲电流下定标出芯片两端的电压‒温度曲线。
由于在电流一定时，特定PN结的压降仅和结温有关，所以在有了LED的电压‒温度曲线后，只需测量正常工作时LED两端的电压就可以得到其实际的结温。
图1 功率型LED 基本结构示意图图2 （a ）LED 在不同占空比的脉冲电流下结温随时间的变化示意图；（b ）待测LED 灯珠在脉冲电流和稳流状态下点亮时，器件表面温度随时间的变化曲线。
LED热学参数测试研究PPT课件
GaAs devices) (激活能)
-5
第33页/共36页
MTTF和结温
第34页/共36页
结束语
• 以上主要讨论了稳态热阻测试的标准方法及有关问题。 • 三种不同概念的热阻对产品生产和检验都有用。
• 讨论了结温和LED寿命,平均无故障时间关系。
• 对于各种LED器件而言,精确测量瞬态热阻抗值和如何估算半导体结的最大温 升,需要做许多研究,才能制定瞬态热阻抗测试标准。
热阻测试波形
第15页/共36页
校准测量数据的冷却曲线
JX
K VF IH VH
K a K b
被测器件撤除加热电流的 瞬间，结温立即下降，但 是电压测K量 a和 K读数需要一 定时间,因此 b 所获得的测 量数据有误差。通常要作 出被测器件的冷却曲线从 而对测量数据进行修正。
JX
热阻基本概念
LED热学设计的目的在于预 言LED芯片的结温，所谓结 温是指LED芯片PN结的温 度。
热阻定义为热流通道上的温度差与通道上耗散功率 之比
第1页/共36页
Thermal Resisitance & Thermal Impedance
第2页/共36页
瞬态和稳态热阻
• 半导体结与壳体或环境温度之间的 稳态条件需数秒或数分钟才能达到。 为提高效率,可以采用测量瞬态热阻 抗的方法。
LED(N ) _ RJ B
R R R
J B
J S
SB
1 Total _ Array _ RJ B
1 LED(1) _
RJ B
1 LED(N ) _
Total
RJ B
_
Array
_
R J B
LED_ Emitter _ RJ B N
LED照明基础知识培训教材PPT课件
⑵贴片式
LED灯（LED Lamp） 食人鱼LEd（Piranha LED）
2、按功率大小分
PCB LED
Top View LED
SideView LED
⑴小功率LED：额定工作电流If ≤100mA（单芯片）
⑵大功率LED：大功率LED：额定工作电流If≥100mA（单芯片)
可编辑课件PPT
5
3、按发光颜色分类 ⑴单色光LED
LED照明基本知识及应用
IDV国际电工
可编辑课件PPT
1
目录
一、LED基本知识 二、热学基础知识 三、光学基础知识 四、LED驱动基础知识
可编辑课件PPT
2
1.LED的定义
一、LED基本知识
LED— Light Emitting Diode
：（半导体）发光二极管一种当有
一定正向电流通过时能发射出一定波长的光，即可以将电能转化为光
2、结温对LED的影响
1) 发光强度降低，随着芯片结温的增加，芯片的发光效率 效率也 会随之减少，芯片结温越高，发光强度下降
越快。
2) 发光主波长偏移，当LED 的温度升高时，LED 的波长的
大致变化规律为每升高10 度，波长红移1nm，主波长的变化
将会引起混色效果的变化，还会偏移黄色荧光粉的激发峰值
2、LED芯片由三个基本功能区组成： ①P型半导体，多数载流子是空穴； ②N型半导体，多数载流子是电子； ③P型区与N型区之间的PN结，通常会形成1至5个周期的量子阱。
N型载流子 （电子）
价带
导带
禁带，Eg
P型载流子 （空穴）
能量
能级跃迁—复合模型
可编辑课件PPT
9
3、当电流通过电极作用于芯片时，N型区的电子和P型区的空穴被推向PN 结，在多量子阱内电子跟空穴复合，复合所产生的能量以光（有效复合 ）和热（无效复合）的形式释放，这就是LED发光的基本原理。