照明用LED光效的熱特性及其測試與評價方法的研究.pdf

1、發(fā)光二極管(LED)是近年來照明技術領域的研究熱點。以其潛在的高光效、長壽命、單色性好、固態(tài)、環(huán)保等優(yōu)點而受到全世界的重視。世界上幾個主要的發(fā)達國家都制定了自己的國家計劃,強力推進LED照明技術。在這種情況下,LED技術近年來飛速發(fā)展。作為主要指標的光效目前商業(yè)化產(chǎn)品已接近1001m/w,而實驗室產(chǎn)品的光效更高。因此,LED的應用領域已從以前的顯示、信號領域逐步走向普通照明領域。但是,LED是與傳統(tǒng)光源有很大區(qū)別的光源,特別是其發(fā)光效率

2、與LED的發(fā)光體p-n結(jié)溫度相關,即結(jié)溫上升發(fā)光效率下降。而LED目前的發(fā)光效率僅30％左右,未來即使上升到50%也仍然有50%的能量轉(zhuǎn)化為熱能,這將造成LED結(jié)溫的上升。因此,這樣就存在如下另三個研究內(nèi)容:1).如何在燈具中降低LED的結(jié)溫?2).如何測試LED的結(jié)溫?3).在考慮LED器件工作時結(jié)溫上升不可避免情況下,如何評價LED的光效?因此,這就是本論文的題目,即“照明用LED光效的熱特性及其測試與評價方法的研究”。論文首先通過

3、理論分析了LED工作時結(jié)溫上升光效下降的原因,即目前的LED產(chǎn)品有約70%的輸入電能轉(zhuǎn)化為熱能,而LED芯片很小的熱容與一定的熱阻使p-n結(jié)溫度快速上升。之后,論文研究了LED在照明使用時(即燈具中)的散熱模型,并對該模型進行了試驗論證,結(jié)果也證實LED芯片到空氣的熱阻中,燈具的熱阻占主要部分。文中對多款LED燈具進行散熱試驗,證實LED燈具的散熱不僅與外殼的表面積相關,也與燈具的優(yōu)化設計相關。再其次,論文研究了LED結(jié)溫的測試方法,即

4、應用LED正向電壓與結(jié)溫的關系測試LED的結(jié)溫。并基于此,提出了燈具中單顆LED的結(jié)溫測試方法:通過同樣單顆LED樣品在燈具外小電流驅(qū)動下測試正向電壓與p-n結(jié)結(jié)溫的關系曲線,再測試LED在燈具中工作狀態(tài)下并瞬間改為在同樣小電流驅(qū)動時的正向電壓,由此計算的LED在燈具狀態(tài)下的結(jié)溫。文中通過試驗證實該方法可行,但也指出該方法需對LED燈具本身進行破壞性試驗。因此,文中提出了大電流法測試LED的結(jié)溫,即在燈具外通過與LED正常工作時一樣的驅(qū)

5、動電流測試同樣樣品的正向電壓與結(jié)溫的關系,然后只要測試LED在燈具內(nèi)正常工作時的正向電壓,即可獲得LED在燈具內(nèi)工作時的結(jié)溫,而無需對LED燈具進行破壞性試驗。文中通過比較證實該大電流法測試LED燈具內(nèi)結(jié)溫方法可行。同時通過誤差分析,證實大電流法比小電流法具有更高的測試精度。最后,文中建立了一個基于復合拋物面的LED光通量測試方法,并經(jīng)過樣品的測試結(jié)果與分布光度計的測試結(jié)果比對,初步證實該LED光通量測試方法可行。同時,基于LED工作時

6、結(jié)溫上升的必然性,文中通過分析現(xiàn)有LED光效的評價方法包括小電流脈沖法及一定結(jié)溫下的光通量的不盡合理性,提出了采用標準散熱器的光效評價方法。即在標準散熱器下,比較兩個LED的光效特性。對標準散熱器作了說明,也通過實際燈具例子分析了該方法的準確性。作為最后結(jié)論,文中建議采用標準散熱器下的光效將最有利于LED燈具的設計。文章的結(jié)尾,也分析了該論文之后本工作需繼續(xù)努力的方向:即完善建議的光通量測試方法,加大樣品數(shù),以進一步證實采用標準散熱器下