眾所周知,LED電子大屏幕是由成千上萬顆燈珠封裝而成的,但LED燈結(jié)溫除了LED行業(yè)的專業(yè)人士知道外,大部分人是不清楚的。下面由迷你光電led顯示屏廠家簡單介紹LED電子大屏幕的燈珠五大結(jié)溫原因及解決方法。
LED的基本結(jié)構(gòu)是一個半導(dǎo)體的P-N結(jié)。當(dāng)電流經(jīng)過LED元件時,P-N結(jié)的溫度就會上升,此時我們就把P-N結(jié)區(qū)的溫度定義為LED結(jié)溫。由于元件的芯片尺寸很小,因此也可以說LED芯片的溫度就是結(jié)溫。
1、實(shí)踐證明,出光效率的限制是導(dǎo)致LED結(jié)溫升高的主要原因。雖說先進(jìn)的材料生長與元件制造工藝可以使LED極大多數(shù)輸入電能轉(zhuǎn)換為光輻射能,但由于LED芯片材料與周圍介質(zhì)具有大得多的折射系數(shù),導(dǎo)致芯片內(nèi)部產(chǎn)生極大部分光子(>90%)無法順利地溢出介面,而在芯片與介制介面生產(chǎn)全反射后,返回芯片內(nèi)部并通過多次內(nèi)部反射最終將芯片材料或襯底吸收,并以晶格振動的形式變成熱,促使結(jié)溫升高。
2、由于P-N結(jié)本身是有缺陷的,元件的注入效率不會達(dá)到100%,也就是說在LED工作時除P區(qū)向N區(qū)注入電荷(空穴)外,N區(qū)也會向P區(qū)注人電荷(電子)。一般情況下,后一類的電荷注人不會產(chǎn)生光電效應(yīng),而以發(fā)熱的形式消耗掉了。即使有用的那部分注入電荷,也不會全部變成光,有一部分與結(jié)區(qū)的雜質(zhì)或缺陷相結(jié)合,最終也會變成熱。
3、元件不良的電極結(jié)構(gòu),視窗層襯底或結(jié)區(qū)的材料以及導(dǎo)電銀膠等均存在一定的電阻值,這些電阻相互壘加,構(gòu)成LED元件的串聯(lián)電阻。當(dāng)電流流過P—N結(jié)時,同時也會流過這些電阻,從而產(chǎn)生焦耳熱,引致芯片溫度或結(jié)溫的升高。
4、顯然,LED元件的熱散能力是決定結(jié)溫高低的又一個關(guān)鍵條件。如果散熱能力強(qiáng),那么結(jié)溫下降,相反,如果散熱能力那么結(jié)溫將上升。由于環(huán)氧膠是低熱導(dǎo)材料,因此P-N結(jié)處產(chǎn)生的熱量很難通過透明環(huán)氧向上散發(fā)到環(huán)境中去,大部分熱量通過襯底、銀漿、管殼、環(huán)氧粘接層,PCB與熱沉向下發(fā)散。顯然,相關(guān)材料的導(dǎo)熱能力將直接影響元件的熱散失效率。
5、一個普通型的LED,從P-N結(jié)區(qū)到環(huán)境溫度的總熱阻在300到600℃/w之間,對于一個具有良好結(jié)構(gòu)的功率型LED元件,其總熱阻約為15到30℃/w.巨大的熱阻差異表明普通型LED元件只能在很小的輸入功率條件下,才能正常地工作,而功率型元件的耗散功率可大到瓦級甚至更高。
那么如何解決LED電子大屏幕燈珠結(jié)溫呢?可以通過以下的方法來解決。
1、減少LED本身的熱阻;
2、良好的二次散熱機(jī)構(gòu);
3、減少LED與二次散熱機(jī)構(gòu)安裝介面之間的熱阻;
4、控制額定輸入功率;
5、降低環(huán)境溫度
總而言之,LED的輸入功率是元件熱效應(yīng)的唯一來源,能量的一部分變成了輻射光能,其余部分最終均變成了熱,從而抬升了元件的溫度。顯然,減小LED溫升效應(yīng)的主要方法,一是設(shè)法提高元件的電光轉(zhuǎn)換效率(又稱外量子效率),使盡可能多的輸入功率轉(zhuǎn)變成光能,另一個重要的途徑是設(shè)法提高元件的熱散失能力,使結(jié)溫產(chǎn)生的熱,通過各種途徑散發(fā)到周圍環(huán)境中去。