大功率發(fā)光二極管的熱性能表征與熱管理研究.pdf

1、分類號(hào)：UDC：密級(jí)：學(xué)校代號(hào)：11845學(xué)號(hào)：2111102069廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文(工學(xué)碩士)大功率發(fā)光二極管的熱性能表征與熱管理研究鐘文姣指導(dǎo)教師姓名職稱：學(xué)科門類：專業(yè)或領(lǐng)域名稱：學(xué)生所屬學(xué)院：論文答辯日期：摘要摘要發(fā)光二極管(Lightemittingdioed，LED)是一種直接將電能轉(zhuǎn)換為光能的固體發(fā)光器件，LED作為發(fā)光器件較之傳統(tǒng)光源具有更優(yōu)越的特點(diǎn)：耗電低、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間短、耐沖擊、體積小、重量輕、可控性好、

2、綠色環(huán)保。對(duì)大于1W級(jí)的大功率LED而言，目前仍有大約70％的電能量轉(zhuǎn)化為熱能，引起LED結(jié)溫升高。結(jié)溫對(duì)LED器件的發(fā)光效率、光色、器件可靠性和壽命均有很大影響，準(zhǔn)確測(cè)量LED器件的結(jié)溫對(duì)制備大功率LED芯片、器件封裝和應(yīng)用有很大的指導(dǎo)意義。本文提出了一種新型LED結(jié)溫測(cè)量方法“電阻法’’，并將之與目前廣泛使用的結(jié)溫測(cè)量方法“正向電壓法”進(jìn)行對(duì)比，證實(shí)了“電阻法”測(cè)量LED結(jié)溫的可行性。采用“電阻法”研究了白光LED的結(jié)溫與其色度學(xué)參

3、數(shù)之間的關(guān)系。另外，對(duì)LED從啟動(dòng)到達(dá)到穩(wěn)態(tài)的瞬態(tài)溫升過程進(jìn)行了有限元分析模擬，并對(duì)LED芯片的內(nèi)部溫度分布進(jìn)行了模擬，解釋了“電阻法”和“正向電壓法”測(cè)量結(jié)果存在差異的原因。具體結(jié)果如下：采用GaN基45x45mil的平面結(jié)構(gòu)藍(lán)光芯片，在封裝過程中將此芯片的兩個(gè)獨(dú)立的n型電極分別引出，以實(shí)現(xiàn)對(duì)此芯片結(jié)構(gòu)中的n型GaN的電阻的測(cè)量。將LED器件放置在鼓風(fēng)干燥箱中，使用伏安法測(cè)量了n型GaN在20～1600C的干燥箱溫度范圍內(nèi)的電阻，獲得

4、了n型GaN的電阻與溫度之間關(guān)系的定標(biāo)曲線。采用占空比為975％的直流脈沖開關(guān)電源對(duì)LED器件進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了LED工作狀態(tài)下的n型GaN的電阻的實(shí)時(shí)測(cè)量，分別測(cè)量了驅(qū)動(dòng)電流為O1A、015A、02A、025A、03A、035A、04A下LED所用n型GaN的電阻，并進(jìn)一步獲得了LED的結(jié)溫。將不同電流下“電阻法”測(cè)得的結(jié)果與傳統(tǒng)的正向電壓法測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者的誤差在20C以內(nèi)，說明了本文提出的“電阻法”法可有效的進(jìn)行LE

5、D器件的結(jié)溫測(cè)量。通過改變積分球底板的溫度，使LED器件處于不同的基板溫度下，測(cè)量了320mA工作下，白光LED器件在溫度穩(wěn)定后n型GaN的電阻及其色度學(xué)參數(shù)值。結(jié)果表明：在室溫到1200C范圍內(nèi)，隨著LED芯片的結(jié)溫升高，色溫、峰值波長(zhǎng)、顯色指數(shù)均增大，且基本呈線性關(guān)系。隨著LED芯片的結(jié)溫升高，自光LED的光通量呈線性下降。采用Pro／E三維制圖軟件，建立了LED的芯片及其封裝結(jié)構(gòu)模型，將Pro／E與ANSYS軟件結(jié)合在一起，對(duì)LE