5  大功率LED灯具温度测量实验 21

   5.1  实验目的 21

   5.2  实验仪器 22

   5.3  实验内容 22

   5.4  实验步骤 24

   5.5  数据处理与分析 25

结  论 27

致  谢 28

参考文献 29

附录一 热电偶信号调理电路原理图 30

附录二 铜-康铜热电偶分度表 31 

1  引言

1．1  课题研究背景

LED即发光二极管是一种能够将电能转化为可见光的半导体器件，主要由PN结构成，而大功率LED是指拥有大额定工作电流的发光二极管。一般的普通LED功率只有零点零几瓦且电流十几毫安，但是大功率的LED功率可以达到几瓦至数十瓦，工作电流也是几十毫安到几百毫安不等[3]。与白炽灯、日光灯相比而言其具有体积小、电光转换效率高、安全电压低、节能环保、响应速度快等优点。

随着科技的发展，环境和能源问题受到人们的高度重视，而伴随傍晚到来的各种照明工具的节能问题若能得到解决，将对人类发展做出很大的贡献。因此具有高效率、低成本的大功率LED灯的研究受到了关注。而研究发现LED的温度对其应用就有很大的影响，如何解决其散热问题仍然是这一行业的工作重点[5]。因此设计一个大功率LED灯芯温度分布测量系统对于研究解决散热问题有很大的帮助。

当LED输入功率增大时其输入电流也会增加，使其结温升高提高发光效率，但是当电流增加到一定值后，结温升的很高而使LED发光效率降低。LED只有15%的的空穴和电子复合发出光子，而剩余的全部转换为热量用于LED材料的温度上升上面。[1]

从LED发光的内部过程来看，温度升高会使电子和空穴的浓度增加，减小电子的迁移率，并且降低空穴与电子的辐射复合几率，增加非辐射复合，结果会产生热量。而温度的升高也会使荧光粉的效率降低，出光率会因此降低影响外部取光，硅胶也会随温度升高而对LED发光造成影响【4】，因此，LED温度的升高会大大降低其发光效率，影响其使用。

1．2  LED的发展现状

目前在LED发光效率研究方面，大功率LED的效率提升空间还很大，其内量子效率目前可以做的高达90%，而外量子效率却低得多，若能将其大幅度提高就可以大大提高LED产品的发光效率。而达到一定发光效率后还要解决生产工艺等的一系列问题，产品一般都要搞封装，大功率LED的封装结构如图1所示。LED的芯片用高导热银胶贴装在黄铜或铝等高导热率的内部热沉上，热沉的四周会用塑料材料进行封装,而通过金线把芯片的电极与引线框架相连接；再用硅橡胶或者其他热稳定性、绝缘性好以及光学透明的树脂材料封装芯片的外部;再用高导热银胶把整个LED器件贴装在金属基线路板上，这种采热通路和电通路分离的设计方式,更便于散热方案的设计和实施。”[1]

  图1 大功率LED的封装结构

LED热性能的测试首先要测试LED的结温,即工作状态下LED芯片的温度。关于LED芯片温度的测试,理论上有多种方法,目前主要使用的是电压法。1995年12月，电子工业联合会/电子工程设计发展联合会议发布标准，在其中对于电压法测量半导体结温的原理、方法和要求等都作了详细规范。