分析LED结温的成因及如何降低结温
LED灯具热效应对光电性能的影响及解决措施
LED灯具热效应对光电性能的影响及解决措施王成豹一、热效应对LED的影响LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。
有研究数据表明，假如LED芯片结温为25度时的发光为100%，那么结温上升至60度时，其发光量就只有90%；结温为100度时就下降到80%；140度就只有70%。
可见改善散热，控制结温是十分重要的事。
结温高会导致器件各方面性能的变化与衰减。
这种变化主要体现在三个方面：(1)减少LED的出光量；(2)造成LED发出光的峰值波长偏移，从而导致光源的颜色发生偏移；(3)缩短LED 的寿命。
不同品牌LED的光衰是不同的，通常LED厂家会给出一套标准的光衰曲线。
例如Philips Lumiled公司的Luxeon K2的光衰曲线如图1所示，当结温从115℃提高到135℃，其寿命就会从50，000小时缩短到20，000小时。
图1 Lumiled Luxeon K2随温度变化的光衰曲线一般情况下，光通量随结温的增加而减小的效应是可逆的。
也就是说当温度回复到初始温度时，光输出通量会有一个恢复性的增长。
这是因为材料的一些相关参数会随温度发生变化，从而导致LED器件参数的变化，影响LED的光输出。
当温度恢复至初态时，LED器件参数的变化随之消失，LED光输出也会恢复至初态值。
图2 不同k值LED的光输出(百分比)随结温的变化关系大功率LED能否正常工作，出LED芯片本身的因素之外，很大程度上还取决于LED与散热片的合理匹配及安装接触面的导热条件。
因此散热器的结构形式及安装工艺是大功率LED灯具有效散热的重要环节。
二、LED结温是如何产生的LED芯片的表面面积较小，工作时电流密度大，且用于照明时往往要求多个LED组合而成，LED密集度大，导致芯片发热密度高。
而结温上升会导致光输出减少，芯片加速蜕化，缩短LED寿命。
led的灯珠的结温
LED的灯珠的结温1. 介绍LED灯珠LED（Light Emitting Diode）是一种半导体器件，可以将电能转化为光能。
它具有高效、节能、寿命长等特点，因此被广泛应用于照明、显示和通信等领域。
在LED中，灯珠是最基本的发光单元。
2. 灯珠的结温概念灯珠的结温是指LED芯片内部的温度，也称为芯片结温或Tj。
它是衡量LED工作状态和性能稳定性的重要指标。
3. 影响灯珠结温的因素3.1 光通量光通量是指单位时间内从光源发出的光功率，单位为流明（lm）。
当光通量较大时，意味着LED芯片需要消耗更多的电能来产生更多的光，从而导致芯片温度上升。
3.2 散热设计良好的散热设计可以有效降低LED芯片的结温。
散热器、散热胶和散热风扇等散热装置可以帮助将芯片产生的热量迅速散发到周围环境中。
3.3 工作电流LED芯片的工作电流也会对结温产生影响。
较大的工作电流会导致芯片发热量增加，进而使得结温升高。
3.4 环境温度环境温度是指LED灯珠所处的周围环境温度。
较高的环境温度会导致LED芯片难以散热，从而使得结温升高。
4. 结温对LED性能的影响4.1 光衰当LED芯片的结温升高时，其光衰速率也会加快。
光衰是指LED光通量随时间逐渐减小的现象。
过高的结温会缩短LED灯珠的使用寿命。
4.2 光效光效是指单位功率下所发出的光通量。
当LED芯片工作在较低结温下时，其光效较高；而当结温升高时，光效则下降。
4.3 可靠性结温过高还会对LED芯片的可靠性产生负面影响。
过高的结温可能导致元器件老化、损坏或失效，从而降低LED灯珠的可靠性。
5. 结温的测试与控制为了确保LED灯珠的正常工作和稳定性能，需要对其结温进行测试和控制。
5.1 测试方法常见的结温测试方法包括接触式测量和非接触式测量。
接触式测量通常使用热电偶或红外测温仪，直接接触或瞄准LED芯片进行测量。
非接触式测量则利用红外热像仪等设备，通过检测LED芯片发出的红外辐射来估算结温。
结温的危害及计算公式
结温的危害及计算公式
结温指半导体元件内部的温度。
在LED 中是指芯片内发光层(pn结间设置多重量子阱构造的位置)的温度。
LED芯片的发光层在点亮时温度会上升。
一般情况下,结温越高,发光效率就越低。
LED随着输入电流的增加尽管光通量会提高,但发热量会变大。
由此会出现发光层的温度(结温)升高而使发光效率降低,功耗增加,从而使结温进一步上升的恶性循环。
通过降低LED芯片封装及该封装安装底板的热阻,使芯片产生的热量得以散发,避免结温上升等改进,可以提高亮度。
结温为：热阻×输入电力+环境温度,因此如果提高接合温度的最大额定值,即使环境温度非常高,LED也能正常工作。
例如,在白色LED中,有的LED芯片品种的可容许接合温度最高达到+185℃。
接合温度可因LED的点亮方式而大为不同。
例如,脉冲驱动 (向LED输入断续电流驱动,间歇点亮)LED时,结温就不容易上升,而连续驱动(向LED输入稳定电流驱动,连续点亮)LED,结温就容易上升。
芯片蓄热的话光强就会降低
白色LED配备的LED芯片的发光层在点灯过程中温度会上升。
一般情况下,如果被称为结温的发光层部分的温度上升,发光效率就会降低,即使输入电力也不亮。
通过降低LED
芯片封装和封装底板的热阻,散发芯片上产生的热量,设法使结温不上升,能够使发光更亮。
(图根据德国欧司朗光电半导体的资料制作)
如果使用提高了结温最大额定值的LED芯片,在安装使用时能够获得很多优点。
例如,由于增加了输入电力,可提高输出功率。
还可以缩小底板的散热片等。
LED照明光源的温升与散热
led照明灯具作为第四代照明光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，且led光谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪、无辐射，废弃物可回收，没有污染，不含汞元素，属于典型的绿色照明光源。
作为一种高效节能的新型光源，由于生产工艺和性能不断进步，led照明逐步取代其它照明领域已经成为一种必然趋势。
1 led照明光源温度升高的原因分析目前限制led照明发展的限制因素除成本外，就是散热问题。
led属于半导体发光器件，随着自身温度的变化，其特性会有明显的变化。
研究表明，led的结温越高，光源越早出现光衰，寿命就越短。
若以光衰降至70%时作为led正常使用的标准，当结温为65℃时，led 寿命更可达到9万小时~10万小时；结温升到75℃，寿命降至5万小时；结温为95℃时，寿命为2万小时；当结温为105℃时，光源寿命只有一万多小时。
由此看来，延长led光源寿命的关键就是要降低结温，加速led灯具的散热效果。
led在电源的驱动下，不仅产生光能，还产生大量热能。
对于led芯片来说，体积较小，其本身的热容量也很小，产生的热量不能及时传导出去，因此会产生很高的结温。
led光源，除了作为可视光消耗的能量外，其它能量都转换成了热能，大约70%的电能都变成了热能。
另外，由于led封装面积小，通过对流和辐射的散热少，也使led光源积累了大量的热，使led光源的温度升高。
2 led照明关于散热不良的危害2.1 电子元件变形led灯具由多个电子元件构成，每个元件的材质的热膨胀系数也不一样。
当温度升高时，组合在一起的元件的膨胀率就不一样，就可能使材质发生弯曲变形，甚至会在连接处因为应力过大产生裂纹。
2.2 电子元件烧断led作为热源的半导体元件，当温度上升时，其阻抗就会变小，电流增加，热能增加，温度上升，这样周而复始的恶性循环，容易发生电子元件烧断的电路故障。
2.3 加速封装材质老化led芯片的封装多采用环氧树脂，当温度升高时容易氧化、老化和脆化，使得其对光的透射率下降，进而造成led的出光量降低，温度越高此现象越明显。
led结温影响
led结温影响? 设为首页 ? | ? 加入收藏 ? | ? 网站地图 ? 首页 ? ? ? ? ? ?协会概况协会活动培训信息资质认证会员中心信息反馈您现在的位置：上海半导体照明工程技术协会>> 热点新闻>> 技术交流>>正文内容影响LED灯具结温因素的分析来源：上海合复新材料科技有限公司发布时间：2021年03月23日LED照明具有节能、环保、工作寿命长等特点，因而发展非常迅猛，发展潜力巨大。
然而半导体照明（LED）虽然比白炽灯消耗的能量低很多，但目前LED芯片在工作时光电转化率仍然不高，只有20%-30%左右，大部分能量都转换为热能；另外，驱动电源在工作中也会产生一定的热量。
通电以后，电源和LED芯片开始工作，不断产生热量，产生的热量首先传导给散热器，再由散热器将热量导出，然后通过散热器外表面通过自然对流和辐射等方式散发到环境中。
最初，产生的热量大于散出的热量，LED的结温会不断升高，经过一段时间（约1-2小时），产热、散热达到平衡，LED的结温基本保持不变。
如果LED的结温过高，会造成LED发生不可逆光衰，其寿命会降低甚至失效。
那么，影响LED 芯片结温的因素究竟有那些呢？首先LED灯具结温可由热阻公式R总=（Tj-T环）/W产推知：Tj=R总*W产+T环（式中Tj――LED结温，R总――LED芯片到环境的总热阻，W产――总的产热功率，T环――环境温度）。
从以上公式可以看出，影响LED结温的因素主要是产热、散热（热阻）和环境温度，具体地说,就是对于一个LED灯具，整体的产热功率越大、散热效果越差、环境温度越高，LED芯片的结温越高；反之，芯片的结温越低。
下面我们分别就产热、散热和环境温度对LED结温的影响加以分析。
1．产热对LED结温的影响图1 LED灯具工作示意图首先我们分析一下LED灯具的构成，一般一个直流LED灯具主要包括灯罩，灯板（包括铝基板和灯珠），散热器，驱动电源、接口等，如图1示。
led结温等于环境温度
led结温等于环境温度题目：LED结温等于环境温度引言：LED（Light Emitting Diode）是一种半导体发光器件，其发光原理是通过电流通过PN结，使电子和空穴复合发光。
LED具有高效、环保、寿命长等优点，因此广泛应用于照明、显示和通信等领域。
在LED的应用中，结温（Junction Temperature）是一个重要的参数，对其正常工作和使用寿命有着重要影响。
据一般传统观念，LED结温与环境温度有一定关系，下面将逐步回答这个问题。
一、LED结温的定义和影响因素1.1 定义：LED结温指的是LED芯片内部PN结附近的温度。
1.2 影响因素：LED结温受多个因素的影响，主要包括环境温度、导热性能、散热设计、电流、光输出等。
二、传统观念：LED结温等于环境温度传统观念认为，当LED长时间工作且热量无法得到有效散出时，LED结温与环境温度大致相等。
这种观念的基础在于以下几个方面：2.1 热传导理论：根据热传导理论，热量会从高温区域通过导热途径传导到低温区域，而且导热途径会随着温度差的增大而增加。
如果LED周围没有散热装置，热量只能通过空气对流进行散热，此时LED结温与环境温度相等的说法是合理的。
2.2 根据经验总结：经验上，人们通过长期观察和实践得出了结论，认为LED 在不同环境温度下的工作温度大致等于环境温度。
三、LED结温与环境温度的关系然而，事实上，LED结温与环境温度并不完全等同。
下面将从理论和实践两个方面分析LED结温与环境温度的关系。
3.1 理论分析3.1.1 LED内部发热：LED在工作过程中会发生内部电子和空穴的复合，这个过程会产生热量。
由于LED芯片的尺寸很小，导致热量很难散热，因此LED结温会在一定程度上受到影响。
3.1.2 散热途径：LED通过导热材料（如金属基板）和固态导热材料（如硅胶）等方式，将热量传导到LED周围环境，从而降低结温。
这种导热途径的存在导致LED结温与环境温度之间的关系并不是简单的相等。
关于LED热阻、结温、冷光源的三个问题
一、LED是冷光源吗？
LED是英文Light Emitting Diode（发光二极体）缩写，是一种新型的用微弱的电能就能发光的高效固体光源，属于半导体。
LED最重要的组成部分是半导体晶体,如果有电流通过，晶体就会发光。
冷光源的特点是把其他的能量几乎全部转化为可见光了，其他波长的光很少，关于这个问题，我们要从以下几点考虑：1、LED的发光原理是电子与空穴经过复合直接发出光子，过程中不需要热量。
LED可以称为冷光源。
2、LED的发光需要电流驱动。
输入LED的电能中，只有约15%有效复合转化为光，大部分（约85%）因无效复合而转化为热。
3、LED发光过程中会产生热量，LED并非不会发热的冷光源。
二、降低LED热阻的途径有哪些？
1.降低芯片的热阻
2.最佳化热通道
（1）通道结构
*长度（L）越短越好；
*面积（S）越大越好；
*环节越少越好；
*消除通道上的热传导瓶颈。
（2）通道材料的导热係数λ越大越好;
（3）改良封装工艺，令通道环节间的介面接触更紧密可靠。
3.强化电通道的导/散热功能
4.选用导/散热性能更高的出光通道材料
三、降低LED结温的途径有哪些？
1.减少LED本身的热阻；
2.良好的二次散热机构；
3.减少LED与二次散热机构安装介面之间的热阻；
4.控制额定输入功率;
5.降低环境温度。
LED的结温
LED的结温计算LED的PN结结温主要影响LED光通量和寿命，本文用电压法对直插LED，食人鱼LED和大功率LED的结温和热阻进行了实验研究。
在测量LED结温的同时，研究它的光谱变化，色光LED峰值波长的偏移与其结温存在线性关系，白光LED的总能量和蓝光能量比率（W/B）的变化与结温也存在线性的关系。
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，这主要是由于LED结温升高导致的。
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。
首先对LED的结温进行研究，由此可得到LED的热阻。
然后在测量结温的同时，测量LED光谱变化，可以得出LED的PN结结温与色光LED峰值波长或白光LED的白色/蓝色能量比（W/B）之间存在一定的关系。
因此可以采用非接触式方法来进行结温的测量。
测量原理LED的结温是影响发光二极管各项性能指标的一个重要因素，测量LED结温的方法可用通过测量在不同环境温度下LED的正向电压的大小来得到。
实验原理如图1所示，被测LED置于积分球内，积分球放在恒温箱的中间，积分球内的光经石英光纤导入SSP3112快速光谱分析仪，可以快速测取LED的峰值波长或W/B比率。
将热电偶与LED管脚紧密接触，用测温仪读取不同加热电流和不同环境温度下的管脚温度。
恒温箱的温度范围为0℃-150℃，精度 1℃。
PC机通过高速开关控制对LED的加热电流(IF)和参考电流(IFR)，并测量IF和IFR下的VF和VFR。
热是从温度高处向温度低处散热。
大功率LED主要的散热路径是：管芯→散热垫→印制板敷铜层→印制板→环境空气。
若LED的结温为T J，环境空气的温度为T A,散热垫底部的温度为T c（T J＞T c＞T A。
在热的传导过程中，各种材料的导热性能不同，即有不同的热阻。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
分析LED结温的成因及如何降低结温
1、什么是led的结温?
赛德利认为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。
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。