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LED结温的影响及测量方法

杨伟煌;幸芦笙;吴懿平

【摘要】对于LED器件来说,结温是最重要的热性能参数之一,结温的大小对LED

器件的输出功率以及可靠性具有很大的影响.超过一半的LED灯具的输入功率以热

的形式被浪费,散热问题是LED灯具设计师所面临的最关键的问题.因此,获得准确

的结温信息对于监控和评估灯具的健康状态至关重要.主要介绍结温对LED电学参

数、LED发光特性以及LED器件的寿命的影响,然后对LED结温的测量方法包含正

向电压法、管脚温度法、蓝白比法、红外热成像法、光谱法等进行详细描述并且分

析彼此的优缺点.

【期刊名称】《江西科学》

【年(卷),期】2017(035)004

【总页数】6页(P594-598,634)

【关键词】LED结温;测量方法;结温的影响;正向电压法

【作者】杨伟煌;幸芦笙;吴懿平

【作者单位】五邑大学信息工程学院,529020,广东,江门;五邑大学信息工程学

院,529020,广东,江门;五邑大学信息工程学院,529020,广东,江门

【正文语种】中文

【中图分类】TN312.8

与传统的白炽灯、荧光灯相比，发光二极管(lightemittingdiodes,LED)具有节能、

环保、效率高、稳定性高、寿命长等特点。当电流通过LED元器件的时候，P-N

结的温度会随之上升，并且将P-N的温度定义为LED结温，LED结温直接决定着

LED的光学特性和电学特性。当LED器件工作的时候，电子和空穴会在PN结的

发光层进行电光转换，将电能转换为光，但是由于半导体材料的电阻与非复合效应，

70%的能量会浪费转换为热能，由于热能的累积无法散出，LED的结温会相应的

提高。结温的升高会影响LED的内部量子效率。当电流通过LED器件时，如果散

热解决不好，芯片内部热量聚集，结温会上升，结温的上升会导致禁带的宽度、电

子空穴浓度、有效载离子复合率等微观参数变化，从而导致发光波长偏移、白光

LED的光度和色度性能变差、寿命变短、加速LED光电特性的恶化等，同时封装

材料的特性也会在高结温的影响下迅速衰减，从而导致LED器件失效。因此，知

道照明器中的LED的工作结温度变得至关重要。

本文主要介绍正向电压法、管脚温度法、红外热成像法、蓝白比法、光谱法等方法

测量LED器件的结温。正向电压法是通过利用LED的P-N结电学参数的温室效

应，然后测量工作恒流源下的正向电压来测出LED的结温。管脚温度法是通过利

用LED的热学参数，然后测量LED的热阻系数和LED消耗的热功率以及LED的

管脚温度来算出LED的结温。蓝白比法是利用LED发光光谱的分布来测量结温。

红外热成像法是利用红外测温仪来测量LED结温的分布情况。光谱法是利用LED

工作时结温的变化与峰值波长的关系来确定结温的。

温度过高会严重影响到LED器件的工作特性，比如电学参数、寿命以及发光特性。

1.1结温对LED正向电压的影响

当给LED输入电流并保持恒定时，结温和正向电压的关系为：

VF=()ln()+Rs×IF

式中：VF表示正向电压，n为一个参量，k为玻尔兹曼常量，q是电子电荷，IF

是正向电流，IO是反向饱和电流，Rs是电阻。当LED结温上升时，IO会随之增

大，与此同时正向电压VF会随之减小。当温度不断上升达到高温状态时，由于

PN结产生的热量不能迅速散发出去，以至于空穴和电子复合程度不断下降，所以

反向饱和电流不断升高，正向电压不断减小。由于如果LED期间在恒压条件下工

作，温升效应将会使正向电流上升，正向电流升高导致温度升高形成恶性循环，最

终导致器件损坏[1-2]。

1.2结温对LED发光特性的影响

光谱功率分布是一种能够形象表达发光二极管的光度参数[3]。这个参数与P-N结

使用的材料具有密切的关系，更具体地说，与使用的半导体的能隙宽度具有直接关

系。这种关系可以从以下表达式描述出来：

λ==

式中：λ为主波长，h为普朗克常数，c为光速。

图1显示了正向电压与不同半导体材料的能隙宽度的关系。从图1中可以看出，

发光二极管是由几种不同基本类型的半导体材料所组成，通过适当的掺杂，能隙宽

度可以被改变，相当于改变了LED的波长。

有资料表明LED波长随结温变化的关系式如下[4]：

λ(T1)=λ(T2)+△T×K

式中：λ(T1)和λ(T2)分别表示结温为T1和T2