基于不同散热模式LED的光电热特性研究

表4.3014LED(25mA)与3528LED(20mA)的热模拟对比

三、封装试验测试对比

(一)、两种不同散热结构LED的封装

为了保证可对比性，采用相同的物料(相同的芯片、固晶胶、金线、硅胶、荧光粉，)分别对3528 LED及3014LED进行封装，制作色温、色坐标相近的LED灯珠，以便更好的进行亮度、光衰及色坐标等光学特性的比较分析。

(二)、初始参数测试对比

随机选取3014LED和3528LED各20个，其光通量和色温如图9、图10所示，横坐标表示LED个数，纵坐标表示光通量和相关色温CCT。

图9.光通量比较图

图10.色温比较图

初始参数测试结果表明，在20mA电流驱动下，3014LED的光通量比3528高，且其CCT集中度比3528LED好。另3014一般在30mA电流下驱动使用，其光通量达到10~11Lm;如上节热模拟显示，3528LED散热效果远不如3014LED，故其在大电流驱动下，光通量必定会严重受到过高热量的影响。因此相比水平散热LED，垂直散热LED具有不可比拟的优势。

(三)、光衰试验对比分析

随机抽取3528LED和3014LED各30pcs，按驱动电流20mA、25mA、30mA各分为三组进行1008H的光衰实验，以比较分析两种不同散热模式LED的光衰和色坐标漂移程度，从而研究散热对其光色特性的影响。

图11.LED光衰图

从光衰图曲线可以明显看出，在1008H的老化过程中，水平散热LED在20mA驱动时，其亮度并未随时间衰减;但是在25mA 及30mA 驱动时，特别是30 mA，其亮度有明显的衰减。这表明过高的热量对亮度产生了很大的影响。相比水平散热LED，垂直散热LED的优势及稳定性显而易见。不管在大电流或小电流驱动，垂直散热LED经过1008H老化，亮度反而增高，并未有衰减趋势。

此外，水平散热LED的光衰随驱动电流加大而升高加快，这表明随着加大驱动电流，芯片产生更多的热量，水平散热LED未能把过多的热量散去，从而使亮度受到的更大的影响。相反，垂直散热LED的亮度随驱动电流的加大而升高更多，电流越大，亮度增加的越多，光衰越慢。这表明电流越大，虽然产热更多，但垂直散热LED的散热优势更加彰显，从而降低了芯片在加大电流带来更高热量的影响。光衰图明显的显示了两种不同散热模式的散热效果的优劣。

亮度衰减主要原因为芯片老化，而过高的热量又是芯片老化的首要原因。与水平散热LED相比，垂直散热LED能将芯片产生的热量迅速散去，有效地将芯片性能衰减降至最低，从而保证了亮度的可靠性。

图12.CIE-x漂移图

图13.CIE-y漂移图

图12和图13分别表示了两种散热模式LED的色坐标CIE-x、CIE-y平均值随时间的变化。整体来看，垂直散热LED的色坐标明显较水平散热LED稳定，漂移较小。在30mA驱动下，垂直散热模式LED色坐标CIE-x、CIE-y的平均值分别漂移-0.0027、-0.0033，而水平散热模式LED色坐标CIE-x、CIE-y的平均值分别漂移-0.0210、-0.0246，两者差距非常明显。色坐标漂移主要因素是荧光粉性能老化，而过高的热量又是导致荧光粉性能老化的首要原因。从而可以看出，垂直散热模式LED可以将芯片产生的热能迅速带出，有效使得荧光粉的性能衰减至最低，从而保证LED灯珠的光色性能稳定可靠。

结论

本文从结构、光电参数、热学特性、光衰及成本等方面对垂直散热和水平散热LED进行了研究分析对比，结果表明垂直散热模式LED的光电热特性均远远优于水平散热模式LED。垂直散热模式优异的散热特性，能将芯片产生的热量及时导出，从而将芯片和荧光粉的性能衰减至最低，使得LED亮度高、散热快、光衰小及光色漂移小，在保证灯珠的性能稳定的同时，也提高了照明灯具整体光色一致及性能可靠稳定性，从而成为中小功率LED照明应用光源的发展趋势。

参考文献:

[1] dr EICHHORN K.LEDs in automotive lighting[J].SPIE，2006，6134：1—6.

[2] Arik M,BecKer C,Weaver S,et al.Thermal management of LEDs:package to system[C].Proc.of SPIE,2004,5187:64-75.