照明用LED光效的熱特性及其測(cè)試與評(píng)價(jià)方法的研究.pdf

1、發(fā)光二極管(LED)是近年來(lái)照明技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。以其潛在的高光效、長(zhǎng)壽命、單色性好、固態(tài)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而受到全世界的重視。世界上幾個(gè)主要的發(fā)達(dá)國(guó)家都制定了自己的國(guó)家計(jì)劃,強(qiáng)力推進(jìn)LED照明技術(shù)。在這種情況下,LED技術(shù)近年來(lái)飛速發(fā)展。作為主要指標(biāo)的光效目前商業(yè)化產(chǎn)品已接近1001m/w,而實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品的光效更高。因此,LED的應(yīng)用領(lǐng)域已從以前的顯示、信號(hào)領(lǐng)域逐步走向普通照明領(lǐng)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(guān),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(lái)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(gè)研究?jī)?nèi)容:1).如何在燈具中降低LED的結(jié)溫?2).如何測(cè)試LED的結(jié)溫?3).在考慮LED器件工作時(shí)結(jié)溫上升不可避免情況下,如何評(píng)價(jià)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(cè)試與評(píng)價(jià)方法的研究”。論文首先通過(guò)

3、理論分析了LED工作時(shí)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(shí)(即燈具中)的散熱模型,并對(duì)該模型進(jìn)行了試驗(yàn)論證,結(jié)果也證實(shí)LED芯片到空氣的熱阻中,燈具的熱阻占主要部分。文中對(duì)多款LED燈具進(jìn)行散熱試驗(yàn),證實(shí)LED燈具的散熱不僅與外殼的表面積相關(guān),也與燈具的優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)。再其次,論文研究了LED結(jié)溫的測(cè)試方法,即

4、應(yīng)用LED正向電壓與結(jié)溫的關(guān)系測(cè)試LED的結(jié)溫。并基于此,提出了燈具中單顆LED的結(jié)溫測(cè)試方法:通過(guò)同樣單顆LED樣品在燈具外小電流驅(qū)動(dòng)下測(cè)試正向電壓與p-n結(jié)結(jié)溫的關(guān)系曲線(xiàn),再測(cè)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(dòng)時(shí)的正向電壓,由此計(jì)算的LED在燈具狀態(tài)下的結(jié)溫。文中通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)該方法可行,但也指出該方法需對(duì)LED燈具本身進(jìn)行破壞性試驗(yàn)。因此,文中提出了大電流法測(cè)試LED的結(jié)溫,即在燈具外通過(guò)與LED正常工作時(shí)一樣的驅(qū)

5、動(dòng)電流測(cè)試同樣樣品的正向電壓與結(jié)溫的關(guān)系,然后只要測(cè)試LED在燈具內(nèi)正常工作時(shí)的正向電壓,即可獲得LED在燈具內(nèi)工作時(shí)的結(jié)溫,而無(wú)需對(duì)LED燈具進(jìn)行破壞性試驗(yàn)。文中通過(guò)比較證實(shí)該大電流法測(cè)試LED燈具內(nèi)結(jié)溫方法可行。同時(shí)通過(guò)誤差分析,證實(shí)大電流法比小電流法具有更高的測(cè)試精度。最后,文中建立了一個(gè)基于復(fù)合拋物面的LED光通量測(cè)試方法,并經(jīng)過(guò)樣品的測(cè)試結(jié)果與分布光度計(jì)的測(cè)試結(jié)果比對(duì),初步證實(shí)該LED光通量測(cè)試方法可行。同時(shí),基于LED工作時(shí)

6、結(jié)溫上升的必然性,文中通過(guò)分析現(xiàn)有LED光效的評(píng)價(jià)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(biāo)準(zhǔn)散熱器的光效評(píng)價(jià)方法。即在標(biāo)準(zhǔn)散熱器下,比較兩個(gè)LED的光效特性。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)散熱器作了說(shuō)明,也通過(guò)實(shí)際燈具例子分析了該方法的準(zhǔn)確性。作為最后結(jié)論,文中建議采用標(biāo)準(zhǔn)散熱器下的光效將最有利于LED燈具的設(shè)計(jì)。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(cè)試方法,加大樣品數(shù),以進(jìn)一步證實(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)散熱器下