LED光学与热学问题

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LED常见问题(发热现象、光衰现象)

LED常见问题（发热现象、光衰现象）与传统光源一样，半导体发光二极体（LED）在工作期间也会产生热量，其几取决于整体的发光效率。

在外加电能量作用下，电子和空穴的辐射复合发作电致发光，在P-N结左近辐射出来的光还需经过芯片（chip）自身的半导体介质和封装介质才干抵达外界（空气）。

综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等，最终大约只要30-40％的输入电能转化为光能，其餘60-70％的能量主要以非辐射复合发作的点阵振动的方式转化热能。

而芯片温度的升高，则会加强非辐射复合，进一步消弱发光效率。

由于，人们客观上以为大功率LED 没有热量，事实上确有。

大量的热，以致于在运用过程中发作问题。

加上很多初次运用大功率LED 的人，对热问题又不懂如何有效地处理，使得产品牢靠性成为主要问题。

那麼，LED 终究有没有热量产生呢？能产生几热量呢？LED 产生的热量终究有多大？LED 在正向电压下，电子从电源|稳压器取得能量，在电场的LED驱动电源下，克制PN 结的电场，由N 区跃迁到P 区，这些电子与P 区的空穴发作复合。

由于漂移到P 区的自在电子具有高于P 区价电子的能量，复合时电子回到低能量态，多餘的能量以光子的方式放出。

发出光子的波长与能量差Eg 相关。

可见，发光区主要在PN 结左近，发光是由于电子与空穴复合释放能量的结果。

一隻半导体二极体，电子在进入半导体区到分开半导体区的全部路途中，都会遇到电阻。

简单地从原理上看，半导体二极体的物理构造简单地从原理上看，半导体二极体的物理构造源负极发出的电子和回到正极的电子数是相等的。

普通的二极体，在发作电子－空穴对的复合是，由于能级差Eg的要素，释放的光子光谱不在可见光范围内。

电子在二极体内部的路途中，都会因电阻的存在而耗费功率。

所耗费的功率契合电子学的根本定律：P ＝I2 R ＝I2（RN ＋＋RP ）＋IVTH式中：RN 是N 区体电阻VTH 是PN 结的开啟电压RP 是P 区体电阻耗费的功率产生的热量为：Q ＝ Pt式中：t 为二极体通电的时间。

关于 LED冷光源热阻结温三个问题

关于 LED冷光源热阻结温三个问题
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灯珠分光热测

led灯珠分光热测
LED（Light Emitting Diode）灯珠分光热测是一种对LED 灯珠进行光学和热学性能测试的方法。

通过这种测试，可以评估LED 灯珠在不同温度和电流下的发光效率、颜色稳定性和热管理能力。

分光测试主要关注LED 灯珠的光谱特性，包括光的波长、光谱分布和颜色坐标等参数。

这些测试可以使用分光光度计等设备进行，以确保LED 灯珠的光输出符合预期的要求。

热测则主要关注LED 灯珠的热管理能力。

在工作过程中，LED 会产生一定的热量，如果不能有效地散热，可能会导致灯珠寿命缩短、光输出降低或甚至损坏。

热测可以使用热成像仪等设备，测量LED 灯珠的温度分布、热阻和结温等参数，以评估其热管理性能。

通过分光热测，可以对LED 灯珠的光学和热学性能进行全面评估，确保其在实际应用中的可靠性和稳定性。

这对于LED 照明产品的设计、制造和质量控制都非常重要。

LED的光学特性及热学特性

数亦随之而定。ＬＤ的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、Ｅ性质及ｐ结结构（ｎ外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。
主波长
有的ＬＤＥ发光不单是单一色，即不仅有一个峰值波长；甚至有多个峰值，并非单色光。为此描述ＬＤＥ
Ｇｔｎｅｏｔｆｔｅ追根溯源ｅｔｇｔｏｔｒｉｈＲＯＭａ
＞＞＞
发光峰值波长及其光谱分布
Ｌ发光强度或光功率输出随着波长变化而不ＥＤ
ＬＤＥ单色性的参数。ＬＤ半宽小于４ｍ。Ｅ０ｎ
同，绘成一条分布曲线—— 光谱分布曲线。当此曲线确定之后。器件的有关主波长、纯度等相关色度学参
发光效率和视觉灵敏度
成光能的效率）与外部效率（辐射到外部的效率）。
前者只是用来分析和评价芯片优劣的特性。ＬＤ光电Ｅ
分，总的发光效率应为Ｔ＝ｉ１，式中１ＴｅＴＣ１
结为在势垒区少亍 ① ＬＤＥ效率有内部效率（ｎｐ结附近由电能转化Ｐ、ｎ区少子注入效率，ｃ复合效率， ”ｅ为外部出光【光取出效率）效昌由于ＬＤ材料折射率很高Ｔｉ．。当Ｅ１３６
性，发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
天键谢：ＬＥＤ光学ＬＤ热学特性Ｅ
Ｉ
Ｅ是利用化合物材料制成Ｐ结的光电器件。Ｄｎ
发光法向光强及其角分布１０
发光强度（向光强）法是表征发光
Ｉ它备ｎ结器电特Ｉ特性具ｐ结型件的学性：— Ｖ、

LED封装-引脚式封装

有效防静电：电脑里面的显卡（第五章详细介绍）
三、管理机制和生产环境
四、LED点亮时的热量导出
引脚封装的LED中，90%的热量是由负极引脚散发到印制电路板上的。封装角度：引脚有铜支架和铁支架（我们平时使用的一般是铁支架）使用角度：印制电路板上的薄铜板面积留大，以便于散热。较大功率加风扇，再大功率，如大屏幕显示加空调。
关于LED封装
LED封装的电学问题
封装的对象是芯片，芯片的尺寸小从 200×200µm到1.666×1.666mm，其上的电极更小，要将内部电极引到外部电极，同时要对电极进行保护。
关于LED封装
LED封装的光学问题
LED的pn结电子和空穴的复合产生可见、紫外、红外光。
pn结发出的光向各个方向的几率相同。为了使光尽可能发射到感兴趣的方向上，LED
3、芯片扩张机——芯片扩张
二、工艺流程及选用设备
4、背胶机——背胶
二、工艺流程及选用设备
5、自动固晶机——固晶
二、工艺流程及选用设备
6、烘干箱——烘干
二、工艺流程及选用设备
7、超声波焊线机——焊线
二、工艺流程及选用设备
8、显微镜——检验
二、工艺流程及选用设备
9、灌胶机
二、工艺流程及选用设备
一、引脚式封装引言
引脚式封装
一、引脚式封装引言
引脚式封装
引脚式封装
LED芯片：粘接在引线架（也称支架）上。正极：用金丝连接在一个支架上。负极：用金丝连接在支架反射杯内，或用银浆
粘接在支架反射杯内。（根据L型还是V型电极来确定）。
顶部：用环氧树脂包封，做成圆柱+半球型，
根据圆柱直径命名Φ3、5、8、10的LED

LED的电学、光学及热学特性

Ｇｔｎｅｏｔｆｔｒ簪溯源ｅｔｇｈｏｅ追ｉｔＲＯＭａｌ
》＞》
Ｃ— 特性呈二次函数关系。由１ＶＭＨＺ交流信号用Ｃ— 特性测试仪测得。Ｖ
特性
Ａ发光法向光强及其角分布．Ｃ．大允许功耗最
（反向击穿区Ｖ＜一Ｖ，Ｖ称为反向击穿４）ＲＲ电压；Ｒ电压对应ｌＲ为反向漏电流。当反向偏压一直增加使Ｖ＜一Ｖ时，则出现ｌ突然增加而出现击穿ＲＲ
现象。由于所用化合物材料种类不同，各种ＬＤ的反Ｅ
向击穿电压Ｖ也不同。Ｒ
（２）正向工作区：电流ｌ与外加电压呈指数Ｆ
关系
ＩＳ（Ｖ／Ｔ一１１反向饱和电流。Ｆ：ＩｅｑＦＫ）Ｓ为
Ｖ＞０，Ｖ＞ＶＦ时的正向工作区ｌＦ随ＶＦ指数上升
９疑糯皿０１２１Ｗｎｚｚｃｒ２０００ＩＷｃ－ｇｍ．ｎ／Ｗｏ
为０Ｖ，ＧａＮ为１ｕ。０Ａ
ＩＶ性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外 —特
加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。（１）正向死区：（图０或０段）ａａａ点对于
Ｖ为开启电压，当Ｖ＜Ｖａ外加电场尚克服不少因０，
Ｇｔｎｅｏｔｆｔｅ追褫溯源ｅｔｇｔｏｔｒｉｈＲＯＭａ
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ＬＤ电学～光学及热学特性Ｅ的
ＬＥＤＥＬＥＣＴＲＩＩＣＴＹ、ＯＰＴＩＣＳＡＮＤＨＥＡＴＰＲＯＰＥＲＴＹ

功率led热学特性研究

功率led热学特性研究LED（LightEmittingDiode），即发光二极管，是当今技术发展的重要组成部分，从照明产品到显示器，LED用广泛。

由于具有良好的节能、长寿命、可靠性和安装外形的优点，LED术可以满足用户在不同技术环境中的多种需求，在很大程度上改变了日常生活。

但是，随着LED扩大应用，其功率会随之升高，因此，功率LED 热学特性的研究变得越来越重要。

功率LED工作时会产生很大的热量，这种热量通常被称为热衰减。

热衰减对LED的寿命、照明效率和性能有重要影响，必须继续研究和改进。

本文旨在介绍有关功率LED热学特性的知识，并分析功率LED的热衰减原因以及应采取的最佳措施。

研究发现，功率LED的热衰减主要由其结构和工作条件所决定。

LED结构上的改进主要集中在降低LED热阻以及引入热散热器的情况下，可以改善热衰减状况。

工作条件方面，可以通过调整LED的工作电流以及散热器的参数等来改善热衰减状况。

关于功率LED热衰减的最佳控制方法，一般来说，应尽可能选择低功率LED；并建议在LED和外部元件之间引入电镀铜箔或贴片方式的热散热器；同时应尽可能采用低工作功率，以减少LED的热损耗。

此外，针对功率LED的热衰减，有必要定期检查和维护LED的电源硬件以及工作环境中的热量。

在总结上述内容的基础上，可以得出结论：功率LED热学特性的研究是非常重要的，因为它会对LED的寿命、照明效率和性能产生重要影响。

LED结构和工作条件对热衰减有重要影响，应采取选择低功率LED、引入电镀铜箔或贴片方式的热散热器、采用低工作功率、定期检查LED的电源硬件以及工作环境中的热量的措施来优化热衰减状况。

综上所述，功率LED热学特性的研究是十分重要的，可以在大大提升LED的效率、使用寿命和性能方面发挥重要作用。

采取科学的控制方案，可以减少LED的热衰减，保证LED正常使用，更有利于改善生活质量。

功率led热学特性研究

功率led热学特性研究
随着半导体技术的不断发展，LED具有尺寸小、重量轻、体积小、低功耗、速度快、良好的光学性能等优点，因此，它经常被用作指示灯、控制灯、护栏灯、以及主要的室内照明等。

但是，由于其特殊的结构，微小的LED封装中的热传导受到很大的限制，从而导致LED的热量不能及时及彻底的散发，这是LED故障的主要原因之一。

因此，了解LED的热学特性以及温度在设计中的重要性显得尤为重要。

本文详细介绍了LED的热学特性，首先介绍了LED工作时的热环境，包括LED电源、LED灯座、LED封装和机械结构等。

其次，阐述了当LED恒定工作时和周围环境温度发生变化时LED暴露在各种热环境下的表现，讨论了LED功率热量的来源，包括固有损耗、吸收损耗和外界热量等，并且分析了LED的热学特性的研究方法。

最后介绍了LED功率热量对LED封装和散热片的影响以及LED散热的技术，特别是在热电偶、热敏电阻等传感器装置的使用上提出了自身的见解。

实验结果表明，LED在工作时受到的热量有多种来源，包括固有损耗和吸收损耗。

因此，如果LED的温度升高，它的生命周期会受到影响，导致功耗及亮度降低。

实验结果还表明，通过改变LED的电源电压、光源特性以及使用不同的封装形式可以改善LED的散热性能。

LED的散热主要通过热电偶和热敏电阻等传感器来实现，从而提高LED的使用效率和可靠性。

结论：如果想要提高LED功率热量的控制和散热性能，系统设计人员应根据LED元件的特性，考虑LED的电源电压、光源性能以及封
装形式的选择，同时应综合考虑使用热电偶和热敏电阻等传感器装置，以便在功耗和可靠性方面发挥最大的价值。

LED 基本知识及热学分析

一．LED灯珠封装组成及各部分对性能的影响芯片+导电银胶+支架+荧光粉+硅胶透镜，荧光粉涂抹方式对白光LED发光分布与色温均匀度影响很大，支架的导热与封装工艺对散热影响很大，封装原材料选择：芯片，基板，支架，散热器和填充材料必须是低热阻，高导热率的材料。

二．LED 的恒流驱动知识及常见四种驱动电路用白色LED 为显示器或其他照明设备作背光源时，需要对其进行恒流驱动，主要原因是：LED 正向导通电压的典型值3.0V~4.0V，驱动电流为20mA。

如果只是用一个固定的正向电压驱动LED，可能会产生变化范围较大的正向电流。

图1 给出了6 个随机的白色LED的正向电流随正向电压的变化关系曲线，如果用3.4V驱动这6 只LED，相应的正向电流差别较大：10mA~44mA，取决于具体的LED 特性曲线。

为保证可靠性，驱动LED 的电流必须低于LED 额定值的要求，典型最大值一般为30mA，但是，从图2 可以看出：当环境温度升高时所允许的额定电流会降低，例如，当温度达到50℃时电流需限制在20mA 以内。

通过观察图1、图2 不难得出这样的结论：只是用恒压方式驱动白色LED 的方案可靠性较差。

另外，用恒定电流驱动白色LED 还可以获得亮度和色度的一致性。

图常见四种驱动电路LED大气热学设计原则总原则是使芯片，器件，灯具结构具有低热阻和高效散热器使芯片上产生的热量，能通畅地传到散热器上，并有效散发到环境中去。

LED 灯具总热阻就是结构层热阻之和从热学分析的角度，可得出如下几条设计原则1．结构层越少越好；2．层的厚度越薄越好；3．层的面积越大越好；4．面积一定时，长形与环形较好；5．材料的热导系数越大越好经验数据1W LED 散热面积21（L）*16（W）*40（H）（MM）。

相关材料的导热系数热导系数的单位为W/MK，即截面积为1平方米的柱体沿轴向1米距离的温度为绝对温度1K 时的热导功率。

（1K=1C）LED路灯热学设计1.R1-3 芯片热阻采用MVPLED 金属衬底热阻0.19C/W正装蓝宝石100UM 薄衬底 2.91C/W正装蓝宝石150UM 厚衬底 4.37C/W2.R3—5 焊线热阻采用MVPLED AuSn共晶0.23C/WMVPLED 银浆 2.23C/W蓝宝石100UM 银浆 4.95C/W蓝宝石150UM 银浆 6.41C/W功率LED不同结构热阻的比较1. 正装晶片/银胶固晶7.60C/W2. 正装晶片/共晶固晶3.773.硅衬底金球倒芯片/银胶固晶 5.844. 硅衬底金球倒芯片/共晶固晶 4.305.A/N封底共晶倒芯片/银胶固晶 3.626. A/N封底共晶倒芯片/共晶固晶 2.097.MV芯片/共晶固晶 1.221W功率器件RT已从四年前25C/W下降到目前的5—9C/W；MVPLED共晶技术的采用已降到3.2—3.8C/W3．R5—6焊接或粘接层焊粘热导系数比粘接物高几十倍，尽可能采用焊料层薄4. R7—8 接触层与散热器之间的接触平面之间的硬接触在加导热硅脂是通用选择，接触面要尽可能平，要大。

LED的热量管理

2020/9/17
2
2.热对LED性能和结构的影响
LED电致发光过程产生的热量和工作环境温度（Ta）的不同，引起LED芯片结温Tj的变化。LED是温度敏感器件，当温度变化时，LED的性能和封装结构都会受到影响，从而影响LED的可靠性。
(1) 光通量与温度的关系
①光通量Фv与结温T
的关系
j
Фv（Tj2）=Фv（Tj1）e -kΔTj
0.005
0.25
固晶层银胶 5
0.02
S(mm2)
1.0
0.39
2.5
2.5
环节热阻（K/W） 0.0294
0.2210
0.5882
1.6
总热阻 Rthjs
3.62K/W)
F. AlN衬底共晶倒装芯片/共晶固晶
热沉 Cu 264 1.85 1.0 7.065 19.625 1.1849
导热路径材料
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5.几种常见LED的热阻参考值
Type
CHIP LED TOP LED Φ3mmLED Φ5mmLED Piranha Snap LED Power LED
Rthjs (K/W) 450-550 350-450 250-350 200-300 125-155 60-75
5-20
③将LED置于温度为Ta’(Ta’>Ta)的恒温箱中足够时间至热平衡，Tj2= Ta’；
④重复步骤②，测得Vf2；
⑤
k=
Vf2-Vf1 Tj2- Tj1
=
Vf2-Vf1 Ta’-Ta
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（2）测量LED在输入电功率加热状态下的Vf变化
①将LED置于温度为Ta的恒温箱中，给LED输入电功率 Pd，使其产生自加热； ②维持If恒定足够时间，至LED工作热平衡，此时Vf达至稳定，记录If、Vf； ③测量LED热沉温度Ts(取最高点)； ④切断输入电功率的电源，立即（<10ms）进行（1）之②步骤，测量Vf3。

LED可靠性及热学特性研究的开题报告

LED可靠性及热学特性研究的开题报告题目：LED可靠性及热学特性研究研究背景：随着节能环保理念的不断深入人心，LED作为一种新兴照明技术，受到了广泛的关注。

LED具有寿命长、高效节能、稳定性好等优势，因此在照明、显示、通讯等领域得到了广泛的应用。

然而，LED可靠性和热学特性是制约其应用的关键问题。

因此，对LED可靠性和热学特性的研究具有重要的理论和实际意义。

研究目的：本研究旨在对LED的可靠性和热学特性进行系统的研究，探索其在实际应用中的应用价值。

研究内容：本研究将分为以下几个方面进行探究：1. LED的工作机制和发光原理，包括LED的结构、材料和制备工艺等方面的内容。

2. LED的可靠性分析，探究LED在实际应用中因为各种因素（如：工作环境、使用寿命、质量等）对其稳定性的影响。

3. LED的热学特性分析，重点研究LED的散热性能、温度分布等方面的内容，为LED的设计和制造提供基础的数据支持。

4. 基于LED的实际应用案例研究，探索其在照明、显示、通讯等领域的应用价值和前景。

研究方法：本研究将采用文献资料调研、实验测试、数值模拟等方法进行研究。

其中，文献资料调研主要是为了了解国内外研究进展和发展趋势；实验测试将针对LED的可靠性和热学特性进行测试，并分析其数据；数值模拟将采用有限元模拟等方法模拟LED的热学特性，为实验测试提供理论依据。

预期成果：1. LED可靠性和热学特性的分析报告。

2. LED的数值模拟及验证结果。

3. 一篇基于实际应用的LED研究论文。

4. 对LED可靠性和热学特性研究的探讨，为其实际应用提供基础理论和实验数据支持。

研究意义：本研究将对LED的可靠性和热学特性进行系统的研究和探讨，从理论和实际角度，为其应用提供科学支持和技术方案，推动LED技术的发展和应用。

光学解决散热

用光学解决LED散热问题随着LED应用的深入，人们在LED应用三大核心技术：散热、光学、驱动方面都有了很大的突破，也陆续有多篇精辟的技术文献和讲稿被人们传阅。

如果将LED应用看成一个完整的系统工程，驱动技术可以算是一个相对比较独立的子系统，作为驱动设计来说LED只是一个富含LED电性特征的半导体二极管，而光学和热学则贯穿于芯片、封装、应用各个环节，其设计工作需要承上启下地考虑，因此算是这个系统工程中的主体技术。

以往的文章中多是独立地考虑光学和散热问题，笔者将更深入挖掘其内在联系，力争为设计提供一个更清晰的脉络。

通常的光学系统包括透镜和反光碗的方式，从LED封装到应用都随处可见这样的光学系统，至于是选择透镜还是反光杯则需要根据实际情况而定，但是没有最好的方案，只有更好。

光学设计的优劣主要体现在效率和合理性(笔者曾经写过一篇关于“LED路灯的反光碗和透镜”的文章发表于网络，题目是“LED路灯反光碗式和透镜式的二次光学”，该文揭示了一种用反光碗方式做LED路灯的思路，在道路照明效果和灯具效率中间找到一个相对合理的平衡点)。

光学系统的效率表1是某品牌大功率白光LED的结温可见使用相同的散热系统两者的寿命前者为75000小时左右，后者为34000左右。

两个照明系统达到同样的照明效果，光学效率低的不仅仅需要使用更多数量的LED，而且还多出了65%的热量，或者如果考虑相同的光源寿命，除了节约的光源成本外，还可以节约65%的散热材料成本、减轻65%的散热器重量、减小65%的散热器体积。

未来白光LED效率达到160lm/W，光功率占输入功率50%左右，则：灯具效率90%的照明系统，则一共需要(1000/90%)/160=6.94W产生的热量为6.94×50%+6.94×50%×10%=3.82W灯具效率90%的照明系统，则一共需要(1000/60%)/160=10.42W产生的热量为10.42×50%+10.42×50%×40%=7.3W后者比前者高出1倍，可见高效的光学设计除了节约LED成本外，对热管理也是有非常重要的意义的，在绞尽脑汁优化散热方案的同时，也应该考虑一下改善一下光学系统，会更有利于散热。

LED测量过程中光学和热学问题解决方法

LED测量过程中光学和热学问题解决方法于立民美国蓝菲光学ryu@Labsphere 公司信息•隶属于豪迈集团Halma p.l.c.•豪迈光电部分子公司–Ocean Optics–Fiberguide Industries•成立于1979•ISO 9001:2000 certified•80,000 sq. ft. facility in NewHampshire•在上海建立销售办公室及工厂。

公司主要产品光测量设备均匀光源系统材料和涂层光谱仪器配件LED、激光、灯具等测量系统漫反射标准板，材料和涂层光谱仪和相关配件等CCD、相机、探测器等校准标定Labsphere涂层的优势Labsphere的材料和涂层主要包括Spectralon，Spectraflect，Duraflect和Infragold，各种材料均经过多年的实践考验，体现出巨大的优势。

•具有高漫反射率，其中Spectraflect反射率>96-98%，Spectralon反射率>99%，Infragold反射率>95%；•朗伯特性好，•性能长期稳定性好，广泛应用于航空航天领域。

•平稳的光谱反射率特性•可保证至少10年的可靠使用寿命，涂料经久耐用，不脱落，不易变黄，易清理；•涂料无污染、无异味，；•部分涂料可水洗处理LED测试过程中所遇到的几个问题•LED测试随方向性变化的问题•LED光学特性随温度变化的问题LED方向性的解决方法几何特性Ideal is perfectlyLambertian (diffuse)积分球理论Output I=Io*cos (θ)θViewer 光谱特性Ideal is perfectly reflecting(100%)To an observer, I 0seems to vary as tocosine of the angle θ. Intensity is afunction of the area of the targetpresented to the angle of the viewer.将一束光射入高反射率朗伯体球形反射腔内….积分球技术Ls*dAdSLambertian Reflectance –Ls radiance from this “point source”What is the radiationtransfer from point dA topoint dS in a sphericalchamber?)1(1f Asi−−∗=ρρπφSphere Radiance (L)•积分球内发生多次反射，且球内有开口•放大系数(M))1(100f M −−=ρρ积分球放大系数•“ρ0” 是积分球表面的有效反射率•“f 0 ”是开口因子，即所有开口在球表面积的比例•M 因子通常在10-25 ，但是很大程度上受ρ0和f 0的影响怎样验证球的好坏？•4π测量时不同方向的一致性•宽出射角和窄出射角的一致性•2π测量时任意方向测量时的结果一致性•从不同开口进行测量的结果一致性空间响应分布函数 (SRDF)© Labsphere, Inc.你的积分球不同方向测量结果一致吗（LED测量）？a)b)c)d)© Labsphere, Inc.e)f)为什么有些积分球方向性测量结果差别很大？•较低反射率的影响 •反射层朗伯特性的影响 •积分球结构设计的影响© Labsphere, Inc.好的积分球和劣质积分球的差别• 积分球对LED等方向性光源测量结果的影响– 好的积分球产品误差<±3%左右 – 某些产品的同类误差>50%Relative Lumens vs. LED Angle110.0% 100.0% 90.0%80.0% Relative Lumens70.0%60.0%50.0%40.0%30.0%20.0% 0 50 100 150 200 LED Angle 250 300 350 400© Labsphere, Inc.材料的真实反射率100 95 % Reflectance 90 85 80 75 70 2505007501000125015001750200022502500Wavalength in nm------------- Spectralon© Labsphere, Inc.-------------- Spectraflect再加上光谱辐射功率校准的作用0.018 0.016 Spectral flux (W/nm) 0.014 0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0 350 450 550 650 750 850 950 1050 Wavelength (nm)© Labsphere, Inc.校准的作用• 绝对光谱辐射功率溯源，有利于计算 • 从光源到最终的测量结果，要经过光源、积分球内部结构、积分球多次反射积分、光的传输、光谱仪分光、CCD探测器响应及放大处理等环节，中间误差得到修正。

LED热与光的问题

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电子从一种导体进入到另一种导体，在跨入界线时的瞬间就必须改变能级，不可能依靠不确定的动能得到必要大小的能量，只能从环境吸收热量。这就是帕尔贴效应。因此，
电子从金属进入 N 区时，要从环境吸收热量。电子从 N 区穿过 PN 结到达 P 区，也从环境吸收热量。电子离开 P 区进入到金属中时，同样也从环境吸收热量。现在我们应该明白，LED 发光放出的能量是从哪里来的了。在整个系统中，能量是守恒的。
RP 是 P 区体电阻
Epn 是 PN 结的势垒电压
实际上，
I（RN＋＋RP）＋Epn＝VF 式中：VF 即是 LED 外端的正向电压这样，式（2）就可以写成：
（3）
P＝I· VF
（4）
可以看到，这个 LED 消耗的功率就是外电源提供给 LED 的功率。
电流经过纯电阻，消耗的功率全部转化为热量，电流通过 PN 结势垒，电子克服 PN 结电场，消耗的功率也由于碰撞将能量传给晶格产生热量。因此总的产热量为：
在这个例子中，人所付出的能量，一部分用于克服地面的摩擦力，一部分用于克服石头的重力，一部分用于是石头产生动能。人在付出所有这些能量后，石头到达高台顶的垂壁边缘，石头 A 具有了势能。石头 A 的势能又转到了石头 B 的身上。石头 A 获得的势能大小仅与高台的高度和石头本身的质量相关。石头 B 获得的能量仅与石头 A 的势能大小相关。
本文的目的，就是运用电子学和半导体物理学的知识，来分析这些问题。
关于 LED 的产热量及光学的问题，本人之前也发过几篇文章【1】、【2】，但就热量问题及能量守恒问题似乎阐述的不够完善，有人提出问题，故再写本文，以尽可能阐述的更加清晰。
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LED的电学特性光学特性及热学特性

LED的电学特性光学特性及热学特性LED是利用化合物材料制成pn结的光电器件。

它具有pn结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱回应特性、发光光强指向特性、时刻特性和热学特性。

LED电学特性A. I-V特性表征LED芯片pn结制备性能要紧参数。

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。

(1) 正向死区：(图oa或oa′段)a点关于V0 为开启电压,当V(2)正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系IF = IS (e qVF/KT ?C1) -------------------------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,那么显现IR突然增加而显现击穿现象。

由于所用化合物材料种类不同,各类LED的反向击穿电压VR也不同。

B . C-V特性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。

C.最大许诺功耗PF m当流过LED的电流为IF、管压降为UF那么功率消耗为P=UF×IFLED工作时,外加偏压、偏流必然促使载流子复合发出光,还有一部份变成热,使结温升高。

LED的电学、热学及光学特性研究_百度文库(精)

LED 的电学、热学及光学特性研究2011-05-11 16:05:15 文章来源:明导国际我来说两句 (0••导读: LED 的发光性能不仅和其电学特性相关,还受其结温影响。

因此,通过实际测试和仿真工具来研究其散热性能及热管理方法在LED 的设计过程中十分重要。

本文对LED 的电学、热学及光学特性进行了协同研究。

在仿真方面,完成了一个板级系统的电-热仿真;在测试方面,讨论了一个热-光联合测试系统的应用。

o关键字o LED电学热学光学特性电-热仿真• 1. 简介众所周知,LED的有效光辐射(发光度和/或辐射通量严重受其结温影响(如图一所示,数据来源于Lumileds Luxeon DS25 的性能数据表。

单颗LED 封装通常被称为一级LED,而多颗LED 芯片装配在同一个金属基板上的LED 组件通常被称为二级LED。

当二级LED 对光的均匀性要求很高时,结温对LED 发光效率的影响这个问题将十分突出[1]。

文献[2]中提到,可以利用一级LED 的电、热、光协同模型来预测二级LED 的电学、热学及光学特性。

前提是需要对LED 的散热环境进行准确建模。

本文第 2 节中我将讨论怎样通过实测利用结构函数来获取LED 封装的热模型,并将简单描述一下我们用来进行测试的一种新型测试系统。

第 3 节中,首先我们回顾了电-热仿真工具的原理,然后将此原理扩展应用到板级的热仿真以帮助优化封装结构的简化热模型。

在文章的最后我们将介绍一个应用实例。

2. 建立LED 封装的简化热模型关于半导体封装元器件的简化热模型(CTMs的建立,学术界已经进行了超过10 年的讨论。

现在,对于建立封装元器件特别是IC封装的独立于边界条件的稳态简化热模型(CTMs,大家普遍认同DELPHI 近似处理方法[3][4][5]。

为了研究元器件的瞬态散热性能,我们需要对CTM 进行扩展,扩展后的模型称之为瞬态简化热模型(DCTMs。

欧盟通过PROFIT 项目[7]制定了建立元器件DCTM 的方法,并且同时扩展了热仿真工具[6]的功能以便能够对DCTM 模型进行仿真计算。

热对LED影响分析

热对LED影响分析LED照明技术总监房海明(Mark Fang)概述发光二极管,具有无污染,低耗能,寿命长,操作反应快等优点,随着欧盟即将在2007年禁止目前广泛使用的含汞金属光源,LED将成为下一世代光源发展的主轴。

LED随年度变化,亮度不断提升,LED的散热技术也一直在提升,1992年一颗LED的热阻抗为360℃/W,之后降至125℃/W、75℃/W、15℃/W,而今已是到了每颗6∼10℃/W的地步,简单的说,以往LED每消耗1瓦的电能,温度会增加360℃,现在则是相同消耗1瓦电能,温度却只上升6∼10℃。

发光二极管尚需克服其发光效率问题在于：现阶段的光能效率仅能达到15%,而85%皆转为热量,LED光源的应用,仍需搭配散热机构,若散热功能设计不当,对于发光二极管本身，将造成严重的破坏情形。

随着LED亮度不断提升,LED的散热技术也一直在提升,所以做好LED的散热对增加LED的发光效率和使用寿命都会得到很大的作用。

本文内容主要针对热对LED影响进行探讨,详如下文所示。

热对LED的影响LED---冷光源(1)LED的发光原理是电子与空穴经过复合直接发出光,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%有效转化为光,大部分(约85%)因无效而转化为热(3)LED发光过程中会产生热量,LED并非不会发热的冷光源热对LED性能和结构的影响(1)LED发光产生的热量和工作环境温度(Ta)有关,将引起LED芯片结点温度Tj的变化,LED是温度敏感器件,当温度变化时,LED的性能和封装结构都会受到影响,从而影响LED的可靠性(2)热量集中在尺寸很小的LED芯片内,若无有效排出热量,芯片温度升高,引起热应力的非均匀分布,芯片发光效率和荧光粉激射效率下降(3)当LED芯片温度超过一定值时,器件失效率呈指数规律增加,统计数据表明,组件温度每上升2℃,可靠性下降10%(4)当多个LED密集排列组成白光照明系统时,热量的耗散问题更严重(5)热将影响LED驱动器的效率,损害磁性组件及输出电容器等的寿命,使LED驱动器的可靠度降低(一般半导体组件的工作温度需控制在80°C以下)(6)典型的LED由光学透明的环氧树脂封装,温度升高到环氧树脂玻璃转换温度Tg时,环氧树脂由刚性材料转换成弹性材料,热膨胀系数(CTE)会有很大变化,封装树脂在温度变化的过程中,膨胀和收缩加剧,这将导致金线(或铝线)键合点位移增大,金线(或铝线)过早疲劳和损坏,造成LED开路和突然失效,为了避免LED突然失效, LED结点温度应该始终保持在封装树脂的Tg以下光通量Φv与结点温度Tj的关系Φv(Tj2)=Φv(Tj1)e(-kΔTj)其中:Φv(Tj1)=结点温度Tj1时的光通量Φv(Tj2)=结点温度Tj2时的光通量ΔTj= Tj2 -Tj1,k=温度系数不同材质类别LED的温度系数LED材质类别温度系数kAlInGaP/GaAs橙红色9.52⨯10-3AlInGaP/GaAs黄色 1.11⨯10-2AlInGaP/GaP高亮红9.52⨯10-3AlInGaP/GaP黄色9.52⨯10-2不同材质类别LED光输出与结点温度关系波长与结点温度Tj 的关系 λd(Tj2)= λd(Tj1)+kΔTjk=Δλ/ΔTj :LED 波长--结点温度飘移率Δλd ：主波长(Dominant wavelengh)Δλp ：峰值波长(Peak wavelengh)LED 颜色Δλd/ΔTj Δλp/ΔTj 单位红色+0.03+0.13nm/℃橙红色+0.06+0.13nm/℃黄色+0.09+0.13nm/℃绿色+0.04+0.05nm/℃蓝绿色+0.04+0.05nm/℃蓝色+0.04+0.05nm/℃40004100420043004400450046004700020406080100CCT (K)白光LED 色温-结点温度飘移曲线T j (℃)正向压降Vf 与结点温度Tj 的关系 Vf(Tj2)= Vf(Tj1)+ kΔTjk=ΔVf/ΔTj :正向压降随结点温度变化的系数,通常取-2.0mV/℃热对发光效率ηv 的影响ϕv ：光通量ηv ：发光效率在输入功率一定时热量⇒↑结点温度Tj ⇒↑正向压降Vf ↓⇒电流If ⇒↑热量↑↑⇒发光效益↓↓LED 内部会形成自加热循环,如果不及时引导和消散LED 的热量,LED 的发光效率将不断降低。

LED行业中的传热学问题之一——“热阻”概念被滥用

LED行业中的传热学问题之一——“热阻”概念被滥用一、引言led 由于其节电、环保、长寿命，被公认为人类下一代照明技术，LED 照明应用普及的最大阻碍是LED 灯价格高，价格高又是由于散热问题所致。

散热属于传热中的一部分。

人类对传热的研究已有上百年的历史，上世纪60～70 年代是人们对传热研究的顶峰时期，其主要动力是人类开发航空航天的需求。

那时代，传热技术领域聚集了许多优秀人才，出了不少知名人士，随着传热学及技术日益成熟，人们对传热研究热情逐渐减小，目前传热学及技术的专业人员非常少，传热学及技术已是非常之成熟，就像似成熟的果子，掉到地上被树叶遮盖，不被现在的人们看见。

LED 散热中，温度不高（不超过100℃），属常温传热，无相变等复杂过程，功率也不大，单颗LED 晶片也就是1～2W，从传热学和技术来讲，LED 散热非常简单，只涉及到传热学中非常小的部分—导热传热和对流传热（主要是空气自然对流传热），其中导热传热就可利用现成的传热计算机软件，得到非常准确的解。

导致LED 散热简单问题被复杂化的原因有：知识断层，拥有成熟的传热知识的人员参于到LED 散热研究的甚少，人们没有去拔开地面上的树叶，捡起那些熟透的果子，将人类成熟的传热知识移植到电子行业内，而是重新育种、栽树。

LED 行业（或者说电子行业）中的传热学可以说是另起炉灶的，从该行业所创造出的新名词：“主动散热”、“被动散热”、就能说明这一点。

还有行业中非常熟悉的名词“热沉”，听起来不知是什么意思，英文“Sink”在传热学及技术中也是非常罕见的名词。

以下将已有的成熟的传热学称为“正统传热学”，而LED 行业（电子行业）中的传热学称为“行业传热学”，行业传热学的分析问题思路和理念与正统传热学不一致，本文将从行业“热阻”概念的应用来分析，LED 行业中传热学的问题。

“热阻”概念在行业传热学中被滥用，明显表现出“电子电路。

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