欧美极品熟女一区|婷婷综合久久中文|国产高清福利调教|蜜臀AV在线入口|伊人青青久久婷婷|91欧美精品在线|亭亭久久伊人四天|在线无码不卡黄片|国产日韩无码91|亚洲天堂第一网址

資料

LED器件的溫升效應(yīng)及其對(duì)策

上傳人：admin

上傳時(shí)間： 2007-02-08

瀏覽次數(shù)： 482

編者按：文章較詳盡地闡述了結(jié)溫升高對(duì)LED光輸出強(qiáng)度、LED P-N結(jié)的正向電壓及發(fā)光顏色的影響。指出當(dāng)結(jié)溫升高時(shí)，輸出光強(qiáng)變?nèi)?，正向電壓減小，發(fā)光波長(zhǎng)發(fā)生紅移。在結(jié)溫升得足夠高時(shí)，這些變化將從可逆變?yōu)椴豢苫謴?fù)的永久性衰變。文章進(jìn)一步指出，LED輸入功率是器件熱效應(yīng)的唯一來(lái)源，設(shè)法提高器件的電光轉(zhuǎn)換效率及提高器件的散熱能力是減小LED溫升效應(yīng)的主要途徑。
一、引言
眾所周知，LED是一種電發(fā)光器件，其基本的物理過(guò)程是電能向光能的轉(zhuǎn)變。所謂提高LED的功率，即是提高電輸入能量，同時(shí)又能獲得盡可能大的光功率輸出。通常將單位輸入功率所產(chǎn)生的光能（光通量）謂之光電轉(zhuǎn)換功率，簡(jiǎn)稱光效。早期的LED由于光效很低（-0.1 lm/w），亮度很低，通常只用于表示亮、暗的狀態(tài)，作指示燈之用。上世紀(jì)九十年代初，超高亮四元系LED的出現(xiàn)，使器件亮度有了數(shù)量級(jí)的增長(zhǎng)，特別是緊接著的GaN基藍(lán)、綠光及白光LED的出現(xiàn)，使LED的應(yīng)用方向發(fā)生了巨大的改變。固態(tài)照明已成為21世紀(jì)人類追求的重要目標(biāo)。顯然，不斷地提高LED的輸入功率與發(fā)光效率是實(shí)現(xiàn)通用照明的必由之路。假設(shè)LED的光效為100 lm/w，那么要達(dá)到一只40支光（瓦）的白熾燈所發(fā)出的600 lm的光通量，LED的輸入功率必須達(dá)到6w。然而，目前一只Φ5的標(biāo)準(zhǔn)LED的輸入功率通常為0.04～0.07w，遠(yuǎn)不能滿足實(shí)用照明的需要。大量實(shí)踐表明，LED不能加大輸入功率的基本原因，是由于LED在工作過(guò)程中會(huì)放出大量的熱，使管芯結(jié)溫迅速上升，輸入功率越高，發(fā)熱效應(yīng)越大。溫度的升高將導(dǎo)致器件性能的變化與衰減，甚至失效。本文就功率器件中的升溫效應(yīng)對(duì)性能的影響及其如何減小這種升溫效應(yīng)的途徑作一些簡(jiǎn)明的討論。
二、LED器件溫升估計(jì)
設(shè)芯片面積為1.2×1.2mm2，厚度為200um，GaAs襯底。由于外延層很薄，忽略外延層材料與襯底之間的差異，不考慮電極的影響，那么芯片的體積約為2.88×10×4cm3。GaAs晶體的比重為5.318（克/cm3），故芯片重量約為15.3×10-4克。設(shè)器件的工作電流為100mA，如其中約90％的電功率轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，那么在不考慮芯片向周?chē)h(huán)境散熱的條件下，器件在接通電流20分鐘后，計(jì)算得芯片的溫度可達(dá)到5×105C，計(jì)算中使用的GaAs晶體比熱數(shù)據(jù)為0.33焦耳/克度?？梢?jiàn)其溫升效應(yīng)的嚴(yán)重性。這里只是把芯片作為一個(gè)均勻的發(fā)熱體加以考慮，如考慮到結(jié)處溫升的集中效應(yīng)，情況將更加嚴(yán)重。慶幸的是，在芯片的升溫過(guò)程中，芯片不可能處于絕熱狀態(tài)，而總是以某種方式與其周?chē)慕橘|(zhì)或環(huán)境進(jìn)行著熱交換，最終達(dá)到熱平衡，使芯片的溫度維持在一個(gè)較低的水準(zhǔn)上。
三、結(jié)溫對(duì)LED性能的影響
1、結(jié)溫對(duì)LED光輸出的影響
實(shí)驗(yàn)指出，發(fā)紅、黃光的InGaAlP LED與發(fā)藍(lán)、綠光的InGaN LED，其光輸出強(qiáng)度均明顯依賴于器件的結(jié)溫。也就是說(shuō)，當(dāng)LED的結(jié)溫升高時(shí)，器件的輸出光強(qiáng)度將逐漸減小；而當(dāng)結(jié)溫下降時(shí)，光輸出強(qiáng)度將增大，一般情況下，這種變化是可逆與可恢復(fù)的，當(dāng)溫度回到原來(lái)的值，光強(qiáng)也會(huì)回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。
圖1（a）指出了InGaAlP LED的光輸出相對(duì)量隨溫度的變化，這里以25C作為器件性能的基準(zhǔn)點(diǎn)。由圖可知，InGaAlP 橙色的LED比紅色的LED具有更高的溫度靈敏度。當(dāng)結(jié)溫升至100C時(shí)，琥珀色器件的輸出通量降去了75％。圖1（b）是InGaAlP LED的另一組光輸出的溫度數(shù)據(jù)，設(shè)25C時(shí)LED的值為100，那么當(dāng)結(jié)溫升至100C時(shí)，640nm、620nm與590nm的InGaAlP LED的光輸出分別為原始值的42％、30％與20％。
結(jié)溫對(duì)光輸出影響的數(shù)學(xué)表達(dá)式如式（1）所示：
ΦV（T2）=ΦV（T1）e-kΔT （1）
其中，ΦV（T2）表示結(jié)溫T2的光通量輸出；ΦV（T1）表示結(jié)溫T1的光通量輸出；K為溫度系數(shù)；ΔT=T2- T1。
一般情況下，K值可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，對(duì)于InGaAlP LED相關(guān)的K值如表1所示：
由上表可知，對(duì)于InGaAlP LED，溫度系數(shù)僅與器件的發(fā)光波長(zhǎng)有關(guān)，而與襯底是否透明無(wú)關(guān)，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)指出，InGaAlP的發(fā)光波長(zhǎng)越短，K值越大。器件的出光通量隨溫度增加衰減得越快。對(duì)于InGaN系列的LED，出光通量隨溫度的變化遠(yuǎn)小于InGaAlP LED。典型結(jié)果如圖２所示。由圖可知，隨著發(fā)光波長(zhǎng)變短，光輸出通量隨溫度的變化越不明顯。表２列出了相對(duì)于25C而言，100C結(jié)溫時(shí)光輸出通量的相對(duì)數(shù)值。
式（2）指出了光輸出通量隨結(jié)溫變化的另一種表示形式
ΦT2=ΦT1e-（T2-T1/T0） （2）
這里T0代表一種特征溫度。T0值與材料有關(guān)，實(shí)驗(yàn)指出，對(duì)于紅色的InGaAlP LED，T0=85C；對(duì)于琥珀色的InGaAlP LED，T0≈85C；而對(duì)于InGaN LED，T0值約為840C，表明InGaN器件的溫度系數(shù)遠(yuǎn)小于發(fā)紅、黃光的InGaAlP器件，也即光通量隨溫度增加而減小的速率要比InGaAlP LED小得多。
一般情況下，光輸出通量隨結(jié)溫的增加而減小的效應(yīng)是可逆的，也即當(dāng)溫度回復(fù)到初始溫度時(shí)，光輸出通量會(huì)有一個(gè)恢復(fù)性的增長(zhǎng)。這種效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制顯然是由于材料的一些相關(guān)參數(shù)會(huì)隨溫度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致器件參數(shù)的變化。如隨溫度的增加，電子與空穴的濃度會(huì)增加，禁帶寬度會(huì)減小，電子遷移率也將減小。這些參量的變化必須引致器件輸出光通量的改變。然而當(dāng)溫度恢復(fù)至初態(tài)時(shí)，器件參數(shù)的表化也將隨之消失，輸出光通量也會(huì)恢復(fù)至初態(tài)值。
表3是大功率器件AP-HLR-01的測(cè)試結(jié)果，每一次測(cè)量之間進(jìn)行了-40C-140C的冷熱循環(huán)老化試驗(yàn)。測(cè)量數(shù)據(jù)指出，每次測(cè)量的數(shù)據(jù)都能很好地重復(fù)，冷熱循環(huán)老化試驗(yàn)也未改變器件的性能，表明在一定的條件下，LED器件的性能隨電流的變化是可逆的。顯然，在大電流時(shí)光效的變小是由于溫度上升所引起的，當(dāng)測(cè)試電流減至小電流時(shí)，光效數(shù)據(jù)又恢復(fù)到初始值。
2、高溫下器件性能的衰變
上一頁(yè)1234下一頁(yè)
大 中 小 | 收藏本文
最新評(píng)論

用戶名： 密碼：