功率型LED结温和热阻在不同电流下性质研究

　　图3是环境温度为25°C，1WInGaN白色和蓝色LED的热阻随驱动电流的变化趋势图。虽然白光LED要比蓝光LED多出一层YAG荧光粉，但如图3所示，二者的热阻值差异不大，表明YAG荧光粉并未严重影响1W白光LED的散热，功率LED的内部热量靠辐射散发的很少，主要还是靠芯片传导到衬底，衬底传导到铝基板的方式散发到外部的。

图3：InGaN基白色和蓝色LED热阻变化趋势图

　　图4是3W白光LED热阻随驱动电流变化的趋势图，其中，图4(a)是美国照明研究中心的Jayasinghe等人在环境温度25°C时测得的3W白光LED热阻在不同驱动电流下的变化趋势图，图4(b)是在相同环境温度下测得的3WInGaN基白光LED热阻趋势图。两种试验用的LED芯片大小相同，但美国照明研究中心所测量的管子比笔者的封装要大些。图4(a)中驱动电流从100～800mA变化时，热阻值由8°C·W-1上升到15°C·W-1，在相同的电流变化范围内，图4(b)热阻值由7.5°C·W-1上升至19°C·W-1，差异较小，说明我国大功率白光LED发展迅速，其散热性能已经比较好。

　　图4：(a)美国照明研究中心测量的3W白色LED热阻随电流变化趋势图；(b)3W白色LED热阻随输入电流变化趋势图

　　3.2　正向电压法测量结温分析

　　表1是环境温度25°C，驱动电流变化范围从100～1000mA时，不同颜色1W功率LED在相应电流下的结温。从表中可以看出，各种颜色的功率LED结温均随驱动电流的增加而上升。分析认为，随着驱动电流的加大，会导致LED内部产生电流拥挤效应，电流拥挤会导致光输出效率的减少(辐射复合减少)，因此导致结温上升，而结温的升高会导致LED材料热导率的变化。一些小组研究得出GaN导热系数在25～175°C时从2.50W/(cm·K)下降到1.75W/(cm·K)[4]；其他人研究说温度从25～125°C时，GaN导热系数由2.0W/(cm·K)下降至1.6W/(cm·K)[5]。反过来，材料导热系数的下降又会制约LED的热传导，进一步提高LED结温，如此相互制约，甚至会形成恶性循环。另外，过大的电流还会导致LED各接触层之间失配度的变化、焊料的退化等，也会导致LED温度的升高。