led热学研究PPT课件
LED的电学、光学、热学特性
LED的电学、光学、热学特性LED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。
本文将为你详细介绍。
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。
如上图：（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。
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热特性分析
几种常见的主动散热方式：风冷散热、液冷散热、热管散热、 半导体制冷、化学制冷
——被动式散热：
通过散热片将热源如CPU产生的热量自然散发到空气中，其 散热的效果与散热片大小成正比，但因为ห้องสมุดไป่ตู้自然散发热量，效果当然 大打折扣，
热管技术
1963年，热管诞生于美国Los Alamos国家实验室的G.M.Grover 之手，它巧妙地利用了气液变化过程中的吸放热原理，具备了超过任 何已知金属的导热能力。
芯片物理性质
芯片尺寸
目前市场上技术比较成熟的功率型LED芯片尺寸都在 1mm2左右,因此其功率密度很大
芯片主要材料
蓝绿光PN结: GaN，掺杂有In，Al等 衬底：蓝宝石/碳化硅/铜合金等
发光的光谱分布
此外与传统的照明器件不同，白光LED的发光光谱中 不包括红外部分，所以器件产生的热量不能依靠辐射释放 出去。所产生的热量大部分都转化为使芯片本身温度升高 的升高的能量。
E是物体表面的热辐射系数。 S是物体的表面积， F则是辐射热交换的角度和表面的函数关系，但这里这个函数比较 难以解释。
Δ(Ta－Tb)则是表面a的温度同表面b之间的温度差。因此热辐射系 数、物体表面积的大小以及温度差之间都存在正比关系。
散热的基本方式
依照从散热器带走热量的方式： ——主动式散热：
通过风扇等散热设备强迫性地将散热 片发出的热量带走，其
LED热学特性分析
报告提纲
• LED的温升效应 • 结温对LED的影响 • 散热相关研究
引起PN结温升的主要原因
➢LED发光原理 ➢LED芯片物理性质 ➢LED发光的光谱构成
发光原理
发光原理
对于目前功率型LED： 辐射复合：15％～20％
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。
10.02-2 LED的光学特性及热学特性
LED的光学特性及热学特性LED是运用化合物材料制成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：光谱答复特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
LED光学特性发光二极体有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来丈量其光学特性。
发光法向光强及其角分佈Iθ发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的重要功用。
LED许多运用央求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90°。
当违反正法向异常θ角度，光强也随之改动。
发光强度跟着异常封装形状而强度依托角方向。
发光强度的角分佈Iθ是描绘LED发光在空间各个方向上光强分佈。
它首要取决于封装的工艺（包含支架、模粒头、环氧树脂中增加散射剂与否）发光峰值波长及其光谱分佈LED发光强度或光功率输出跟着波长改动而异常，绘成一条分布曲线——光谱分布曲线。
当此曲线判定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。
LED的光谱分佈与制备所用化合物半导体种类、性质及pn结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方法无关。
无论什么材料制成的LED，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用λp标明。
只需单色光才有λp波长。
谱线宽度在LED谱线的峰值两头±△λ处，存在两个光强等于峰值（最大光强度）一半的点，此两点分别对应λp-△λ，λp+△λ之间宽度叫谱线宽度，也称半功率宽度或半高宽度。
半高宽度反映谱线宽窄，即LED单色性的参数，LED半宽小于40 nm。
主波长有的LED发光不单是单一色，即不只需一个峰值波长；甚至有多个峰值，并非单色光。
为此描绘LED 色度特性而引入主波长。
主波长就是人眼所能观察到的，由LED宣告首要单色光的波长。
单色性越好，则λp也就是主波长。
如GaP材料可宣告多个峰值波长，而主波长只需一个，它会跟着LED长时间使命，结温升高而主波长倾向长波。
LED的光学特性及热学特性
主波长
有的Ｌ Ｄ Ｅ 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Ｌ Ｄ Ｅ
Ｇ ｔｎ ｅ ｏｔ ｆ ｔｅ 追 根溯 源 ｅｔ ｇｔ ｏ ｔｒ ｉ ｈ Ｒ Ｏ Ｍａ
＞＞ ＞
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
ＬＤ Ｅ 单色性的参数 。Ｌ Ｄ半宽小于４ ｍ。 Ｅ ０ｎ
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 。Ｌ Ｄ光电 Ｅ
分 ，总的发光效率应 为 Ｔ＝ ｉ１ ，式 中 １ Ｔｅ ＴＣ １
结 为在势垒 区少 亍 ① ＬＤ Ｅ 效率 有内部效率 （ ｎ ｐ 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Ｌ Ｄ材料折射率很 高 Ｔｉ ．。当 Ｅ １ ３６
性 ，发 光 光 强 指 向 特 性 、时 间 特 性 以及 热 学 特 性 。
天键 谢 ：Ｌ ＥＤ光学 Ｌ Ｄ热学 特 性 Ｅ
Ｉ
Ｅ 是利用化合物材料制成Ｐ 结的光电器件。 Ｄ ｎ
发光法向光 强及其角分布１ ０
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 、
第六讲LED芯片结构和热ppt课件
➢ 到2006年，Philips Lumileds Lighting公司报道 了一种新的薄膜倒装焊接的多量子阱结构的 LED（TFFC-LED）。
薄膜倒装结构的示意图以及工作状态下点亮后的显微图 20
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
(a)正装结构造成电流拥挤
(b)垂直结构电流分布均匀 16
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
垂直结构芯片技术-优势
➢ (2) 传统的正装结构采用蓝宝石衬底，由于蓝宝石衬 底不导电，所以需要刻蚀台面，牺牲了有源区的面积。 另外，由于蓝宝石衬底的导热性差（35Ｗ/(m•K)）， 还限制了LED芯片的散热；垂直结构LED采用键合与剥 离的方法将蓝宝石衬底去除，换成导电性好并且具有 高热导率的衬底，不仅不需要刻蚀台面，可充分的利 用有源区，而且可有效地散热。
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
➢ （2）在外延片顶部的P型GaN：Mg层上淀积厚 度大于50nm的P电极反射层；
➢ （3）刻蚀掉部分P型外延层和多量子阱有源层， 露出n型层，然后在暴露的n型GaN层上沉积Al基 n接触，其中P型欧姆接触为正方形，N型欧姆接 触以梳状插入其中，这样可缩短电流扩展距离， 把扩展电阻降至最小；
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
LED散热基础培训教程 PPT课件 共67页
在选择一个散热片时，设计者应当考虑一系列因素：
表面积 热传输只会发生在散热片的表面。所以，散热片在设计时应当拥有相对比较 大的表面积。使用许多优质翼片或增加散热片尺寸规格，都能够达到这个目的。
空气动力学特性 散热片的设计需要要能使空气很容易且很快速地流通。有许多个相 互间距小的优质散热翼片的散热片,可能不能使空气气流很好地流通。必须在高表面 积（许多个相互间距小的翼片）和良好空气动力学特性间进行权衡。
在LED焊接点和散热片间的热阻值Rth sp-h 取决于包括 表面抛光度、平整度、所施加的安装应力、接触面积以 及接口材料类型及其厚度在内的多种因素。 如果有好的 设计，那么它可以最低降至小于1°C/W。
能够计算得出从散热片到外部环境的最大热阻(Rth ha)。使用前面的等式，然后导出Rth h-a:
LED灯具热传递方式
热传递的三种基本方式为：传导、对流和辐射，热管理也 从这三方面入手，分为瞬态分析和稳态分析。散热器的主 要传递途径为传导和对流散热，自然对流下的辐射散热也 是不容忽视的。
一. 热学基本概念
1.1 热传导 在静态介质中存在温度差时，不论介质是固体还是液体，
介质中都会发生传热。此过程为热传导。热传导是因存在 温差而发生的能量的转移。
Tj = Ta + (Rth j-a x Pd)
在大多数情况下，高功率LED将被安装在金属核心印刷电 路板（PCB）上，该板会和一个散热片相连接。热量通过 传导方式从LED接合点流经PCB，到达散热片。散热片通 过对流方式将热量散发到外部环境中去。在大多数LED应 用中，与LED接合点和导热板之间，以及导热板到外界环 境之间相比，LED和PCB和/或散热片之间的接触热阻还是 相对较小的。
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。
LED主要特性精品PPT课件
三. 热 学 特 性
LED的光学参数与pn结结温有很大的关系。 一般工作在小电流IF＜10mA，或者10~20 mA长时间连续点亮LED温升不明显。 若环境温度较高，LED的主波长或λp 就会向长波长漂移，BO也会下降，尤其
η=ηiηcηe ，式中ηi向为p、n结区少子注入效率，ηc为在势垒区少子与多子复合效率 ，ηe为外部出光（光取出效率）效率。
由于LED材料折射率很高ηi≈3.6。当芯片发出光在晶体材料与空气界面时（无环氧 封装）若垂直入射，被空气反射，反射率为（n1-1）2/（n1+1）2=0.32，反射出的占32%，鉴 于晶体本身对光有相当一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。
半高宽度反映谱线宽窄，即LED单色性的参数，LED半宽小于40 nm。
主波长：有的LED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LED色度特性而引入主波长。主波长就 是人眼所能观察到的，由LED发出主要单色光的波长。单色性越好，则λp 也就是主波长。
如GaP材料可发出多个峰值波长，而主波长只有一个，它会随着LED长 期工作，结温升高而主波长偏向长波。
由上图可见，无论什么材料制成的LED，都有一个相对光强度最强处 （光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用λp表示。 只有单色光才有λp波长。
谱线宽度：在LED谱线的峰值两侧±△λ处，存在两个光强等于峰值（
最大光强度）一半的点，此两点分别对应λp-△λ，λp+△λ之间宽度叫谱 线宽度，也称半功率宽度或半高宽度。
LED电学光学热学特性参数
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年)热学ppt课件共21文档
解释热电联产技术的基本原理，即同时产生热能和电能的过程。
2024/3/26
热电联产系统类型
介绍不同类型的热电联产系统，如燃气轮机热电联产、内燃机热电 联产等。
应用前景
分析热电联产技术的应用前景，如在分布式能源、工业余热利用等 领域的应用潜力。
27
热学实验方法与技
06
巧
2024/3/26
热力学循环与效率
04
计算
2024/3/26
18
卡诺循环原理及效率计算
卡诺循环基本原理
由两个等温过程和两个 绝热过程组成的可逆循 环。
2024/3/26
效率计算公式
η=1-T2/T1，其中T1和 T2分别为高温热源和低 温热源的温度。
应用实例
热机、制冷机等热力学 系统的理想循环。
19
斯特林循环特点及应用
2024/3/26
12
物质热性质与变化
03
规律
2024/3/26
13
物质比热容及其影响因素
1 2
比热容定义
单位质量物质升高或降低1℃所吸收或放出的热 量。
影响因素
物质种类、状态、温度等。
3
比热容与物质结构的关系
物质分子结构和化学键类型对比热容有影响。
2024/3/26
14
相变潜热和汽化潜热概念
稳态法测导热系数、非稳态 法测导热系数
2024/3/26
30
物质热性质测定实验方法
热性质参数
比热容、热导率、热扩散率等
测量方法
量热器法、激光闪射法、热线法 等
数据处理与误差分
析
线性拟合、非线性拟合、误差传 递等
2024/3/26
led热学研究PPT课件
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30
热沉问题(特性)
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31
Flat Heat Sink 0.09" (2.3 mm) Thick
结温评价实例
热沉问题(结构)
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29
热沉问题(面积)
•The term exposed surface area is the sum total of all surfaces of the heat sink exposed to convection. The "footprint area“ quantifies the projected area of the heat sink as shown in following diagram.
JX
KVF IH VH
K a K
b
18
测量校准方法
♣先使温度控制环境的初始温 度稳定在接近室温的低温 (Tlow)状态，测量正向电压 Vlow。
♣使温度增加到高温(Thigh), 稳定后测量Vhigh的数值。
K ThighTlow Vlow Vhigh
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19
TCS-100 Temperature Calibration System
自然对流(静止空气) 热参数测量腔
.
8
自然对流(静止空气)热测量腔
♣ 在标准化静止空气(对流)环境测量芯片/管壳( JA)
组合和管壳/热沉( JHS)组合的热阻օ
♣ 腔内尺寸为1 ft3,它与外部环境热隔离。通过前面 门可进入腔内部，提起插销后可打开门,插销放置 在腔外面。当完全闩栓住的时候，装在门上密封 材料被些微地压紧确保外部气流不进入腔内。 为 测定腔内环境温度,把一个热电偶安装在后腔壁上 的塑料管内。它通常装备一个T型热电偶和超小型 联接器。
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。
LED散热基础培训教程 PPT课件
在大多数情况下，高功率LED将被安装在金属核心印刷电 路板（PCB）上，该板会和一个散热片相连接。热量通过 传导方式从LED接合点流经PCB，到达散热片。散热片通 过对流方式将热量散发到外部环境中去。在大多数LED应 用中，与LED接合点和导热板之间，以及导热板到外界环 境之间相比，LED和PCB和/或散热片之间的接触热阻还是 相对较小的。
Rth h-a = (145°C - 55°C –8°C/W x 6.825 W/6 – 1°C/W x 6.825 W)/6.825 W = 10.85°C/W
为了使得接合点的温度在最恶劣工作环境下低于 145°C，我们必须选择从散热片到空气间热阻值低于 10.85°C/W的散热片。也可以根据散热片制造商所公 布的数据或者通过建模和检测来选择具有所需特性的 散热片。
LED散热设计培训教程
目录
１.热学的基本概念 ２.常见的散热方式和相应
的理论计算方法
３.LED光源热设计的相关 信息
４.灯具散热设计注意事项 ５.灯具热测试的几个重要
条件
６.散热技术
7.LED热量管理 8.热管理技术 9.LED散热的设计和选择 10.热分析中常用的软件 11.其它新型散热技术 12.如何测量LED节温
五. 灯具热测试的几个重要条件
六. 散热技术
七. LED热量管理
在固态照明行业， LED 在亮度方面处于领先地位，它提供 可回流焊设计，从而更加便于使用和热量管理。采用 LED 的照明应用不仅使光输出最大化，而且提高了设计灵活性， 同时将对环境的影响降到最低。
它们在专业性和通用性照明应用中都得到了广泛的使用。 当设计使用LED的照明系统时，最关键的设计参数之一就 是该系统从LED接合点排除热量的能力。 LED接合点很高 的工作温度会破坏LED的性能，导致光输出衰减和工作寿 命减少。
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的散热技术PPT课件
大功率LED灯具、汽车前大灯、户外照明等。
散热方案
将均温板与LED芯片紧密贴合，通过热传导 将热量分散到整个灯具。
优化设计
采用翅片、热管等辅助散热元件，进一步提 高散热效果。
案例分析：均温板散热效果
案例一
大功率LED路灯散热方案，使用 均温板后，路灯表面温度降低 20%以上，提高了路灯的使用寿 命和安全性。
石墨烯在LED散热中的应用
将石墨烯添加到LED散热材料中，可以形成高效的导热网络， 快速将热量传导出去，降低LED的结温。
石墨烯散热材料的优势
石墨烯散热材料具有轻薄、柔韧性好、耐腐蚀等优点，适 用于各种复杂环境下的LED散热需求。
液态金属散热技术
液态金属的种类与特性
液态金属是一种在常温下呈液态的金属或合金，具有优异的导热性能和流动性。
案例二
汽车前大灯散热方案，均温板的 应用使得前大灯在长时间工作下 仍能保持良好的光效和稳定性。
案例三
户外LED显示屏散热方案，均温 板有效解决了显示屏因高温而导 致的亮度衰减和色差问题。
06
新型散热材料与技术
碳纳米管散热材料
1 2 3
碳纳米管的结构与特性 碳纳米管是由碳原子以特定的方式排列而成的纳 米级管状结构，具有优异的导热性能和机械强度。
应用环境条件
考虑LED灯具使用的环境温度、湿度、灰尘等因 素，选择适应性强的散热方案。
成本与可靠性
在满足散热需求的前提下，综合考虑散热方案的成本和可靠性。
散热效果评估方法
温度测量
01
通过测量LED灯具在工作状态下的温度，评估散热效果是否达到
预期。
热阻计算
02
根据热阻计算公式，评估散热方案的热阻大小，从而判断散热
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热平衡最终管壳温度 JCPTHJ
TPfinalTPinitial PH
♣ LED结到管壳之间形成的
热阻。
PH
♣要求一个无穷大热沉和管壳
顶面相接触。
♣ 可以用内部嵌有热电偶的大
块无氧铜替代。
♣ 记录热沉的温度变化，达到
稳态时测试。
.
6
结－环境热阻 JA
♣ LED结到周围环 境形成的热阻。
♣测试时，器件放入 1立方英尺容器。
JX
KVF IH VH
K a K
b
18
测量校准方法
♣先使温度控制环境的初始温 度稳定在接近室温的低温 (Tlow)状态，测量正向电压 Vlow。
♣使温度增加到高温(Thigh), 稳定后测量Vhigh的数值。
K ThighTlow Vlow Vhigh
.
19
TCS-100 Temperature Calibration System
.
15
LED结温测量的电流电压波形
I M 选择至关重要。除取典 型值0.1,1.0,5.0,10.0毫 安外，可取伏安特性的 击穿点。
.
16
热阻测试波形
.
17
校准测量数据的冷却曲线
JX
KIHVVHF
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。
定义在某一给定时刻的热阻为瞬态 热阻抗，瞬态热阻抗反映了传热体 的热惯性在热量传递的瞬变过程中 对热阻的改变。
.
5
结－管壳热阻
PT T P T JC
J H
PfiJnCaPlTHJ
PTPifinnailTtPiianitlial
PH
H
PH
芯片耗散功率
TPinitial
T Pfin a l
热平衡初始管壳温度
.
9
流动空气环境热阻 JMA
♣固定在标准的热试验板上的芯片/管 壳组合在流动空气环境形成的热阻。
♣管壳顶上加热沉。 ♣可应用于测量计算在空气速度已知
的强迫对流环境的结温。
.
10
WT-100 Wind Tunnel
♣测量流动空气(强迫对流)环境
芯片/管壳组合( JMA)和管
壳/热沉组合的热阻。 ♣空气从底部抽进从顶部排出。
自然对流(静止空气) 热参数测量腔
.
8
自然对流(静止空气)热测量腔
♣ 在标准化静止空气(对流)环境测量芯片/管壳( JA)
组合和管壳/热沉( JHS)组合的热阻օ
♣ 腔内尺寸为1 ft3,它与外部环境热隔离。通过前面 门可进入腔内部，提起插销后可打开门,插销放置 在腔外面。当完全闩栓住的时候，装在门上密封 材料被些微地压紧确保外部气流不进入腔内。 为 测定腔内环境温度,把一个热电偶安装在后腔壁上 的塑料管内。它通常装备一个T型热电偶和超小型 联接器。
T_ o A t_ r a R r J l B a L y ( 1 E ) _ R J D B L( N E ) _ R D J B
R R R
J B
J S
S B
T_ o A 1 t_ r a R r J l B a L y ( 1 E ) 1 _ R J D B L( N E ) 1 _ R D J T B o _A tar_ lR r a J B yLE _E D N m _R i tJ B t
LED热学参数测试研究
浙江大学光电系 鲍超
.
1
引言
LED器件的热学性能会直接影响到器件发光 效率、强度、光谱特性、工作稳定性和使 用寿命。因此对LED器件的热学参数进行 分析研究，采用标准化的方法进行测量， 满足检测中心和企业需要;同时为满足仲裁 测试、数据报告等组建公共测试平台, 开发 商业化的测量设备，这些都是半导体照明 工程中的一项关键性工作。
path）中各个单个热阻之和。
JA
JS
SB
BA
JS
为芯片和芯片粘结剂到反射腔之间形成的热阻。
SB
为反射腔，环氧树脂到印刷板间的热阻。
BA
为印刷板和接触环境空气的热沉之间组JS 合的热阻
结温计算:
TJ TAP dJA
.
13
多元LED热阻
多元LED产品的热阻可
以采用并联热阻的模型
来确定. 1
1 1
♣测速仪数字显示0.5m/s—
5m/s空气速度。 ♣试验区截面:20.3x20.3cm2 。
♣ T型热电偶固定在试验区中心
边墙上。
.
11
LED热学模型
LED PN结内产生的热量从芯.片开始沿着下述热学通道传输： 12 PN结—反射腔—印刷板—空气（环境）
LED热学模型
总热阻可以表示为从结－环境这一热路（thermal
1
1
1
T_ o A t_ r a R r J l B a L T y ( o 1 ._ E ) A t_ a R r_ l R r a J J D BB yL E _ E D N m L _R i tJ B t( e N E r ) _ R D J 1 4B
C/mv
LED结温测量的电试验法
.
2
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
.
3
Thermal Resisitance & Thermal Impedance
.
4
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。
♣仅对自然对流冷却 环境估算结温有用。
T T T JA
JAPJTHJ
TAfAinfailTnAainlitiaAl initial PH来自P P HJAH
T Ainitial
T Afinal
分位T别置Ainit表的ial 示热容平器衡内初一始个和限最定终 温度。
.
7
NC-100 Natural Convection Chamber
在和相系低 正 关 数正向系,单向电数位电压K: 即流增C温时量/度m，成v-线P-电N性结压相温敏关升感。♣♣♣开开开正关关关向置置置电121压,,,加快快VH电速速流加加I上电M,加流测热I得M,电正测流向量I电正H,测压向量VFi。
电压VFf。
♣ ΔVF=│ VFi-- VFf│ ΔTi =K·ΔVF TJ=TJi+ ΔTi 这里TJi是测量开始前LED结温 的初始温度。