溫度對(duì)白發(fā)紅LED光電特性影響的研究

賴世榮

（三明學(xué)院 ，福建 三明 365004）

溫度對(duì)白發(fā)紅LED光電特性影響的研究

賴世榮

（三明學(xué)院 ，福建 三明 365004）

設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)方案對(duì)白發(fā)紅LED在40ˉ90℃溫度條件下進(jìn)行正向電壓和光功率這兩種特性參數(shù)測試，通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)了LED正向電壓、光功率隨溫度變化的規(guī)律。

LED；結(jié)溫；光功率；節(jié)壓

1 前言

發(fā)光二極管做為一種固態(tài)的具有發(fā)光性能的半導(dǎo)體器件，它可以直接將電能轉(zhuǎn)化為光能［1］。LED以一個(gè)半導(dǎo)體的晶片為核心部件，晶片接在支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來是新型照明的代表［2］，與傳統(tǒng)照明相比更具優(yōu)勢［3］。LED燈作為照明光源雖然具備較多優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際應(yīng)用中還存在兩個(gè)制約LED燈具發(fā)展的瓶頸［4］：一是LED P-N結(jié)的溫度極大地影響、限制了LED的電、光學(xué)性能，LED是一個(gè)溫度依賴性較強(qiáng)的光源，溫度浮動(dòng)會(huì)導(dǎo)致光輸出的顯著變化和使用壽命的縮短現(xiàn)象。另一個(gè)瓶頸是成本目前LED光源相對(duì)傳統(tǒng)光源來說，價(jià)格還是偏高，而且光通量不足，因此研究P-N結(jié)的溫度對(duì)LED的光學(xué)參數(shù)的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)運(yùn)用意義。

2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

LED測試系統(tǒng)。利用光電實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器，設(shè)計(jì)了一套LED測試系統(tǒng)，系統(tǒng)由光源驅(qū)動(dòng)模塊、恒溫控制儀、穩(wěn)壓電源、電流表、電壓表、光功率測試器共六個(gè)部分組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

測試系統(tǒng)由穩(wěn)壓電源向光源驅(qū)動(dòng)提供一個(gè)穩(wěn)定的5V線性電壓，LED燈通過BNC導(dǎo)線與電流表串聯(lián)接到光源驅(qū)動(dòng)模塊當(dāng)中。通過光源驅(qū)動(dòng)模塊控制輸出電壓及流過LED的電流。將LED燈放入恒溫控制儀中，通過調(diào)節(jié)流過LED的電流，控制LED在特定電流下的光學(xué)特性，連接好電路即可測量LED 兩端的電壓。探測器將的LED發(fā)出光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳輸給光照度測試器或者光功率測試器，即可通過分析得到光功率的實(shí)驗(yàn)數(shù)值。

3 實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析與結(jié)果討論

3.1 溫度對(duì)LED正向電壓的影響

正向電壓是判定LED性能的一個(gè)重要參數(shù)。正向電壓的數(shù)值取決于半導(dǎo)體材料的特性、器件制作工藝等。在任意溫度下，當(dāng)LED被點(diǎn)亮，在此溫度下達(dá)到熱平衡后，正向電壓隨著溫度不同而變化。實(shí)驗(yàn)中采用的是扁平式小功率5 mw白發(fā)紅LED，型號(hào)為CHHDG ，其內(nèi)部的半導(dǎo)體材料為Si。將白發(fā)紅LED放入溫控儀，連接好電路。通過光源驅(qū)動(dòng)模塊中的恒流源驅(qū)動(dòng)模式，給白發(fā)紅LED提供（0-22mA）不同導(dǎo)通電壓，再通過調(diào)節(jié)溫控儀的溫度來控制白發(fā)紅LED P-N結(jié)的溫度點(diǎn)，并測試白發(fā)紅LED在相同的驅(qū)動(dòng)電流下，五個(gè)不同（40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃）溫度點(diǎn)下P-N結(jié)的輸出電壓，實(shí)驗(yàn)測量的電壓與溫度的關(guān)系如圖2所示。

可以發(fā)現(xiàn)在一定的電流下，白發(fā)紅LED對(duì)溫度很敏感，P-N結(jié)兩端的電壓隨溫度的上升下降的較快且電壓和溫度成良好的線性關(guān)系。圖2中白發(fā)紅LED的電壓曲線出現(xiàn)三個(gè)點(diǎn)的電壓出現(xiàn)異常，分別是在驅(qū)動(dòng)電流為14 mA，溫度為70℃、16 mA，溫度為80℃、18 mA，溫度為80℃的位置發(fā)生突變，但是變化的幅度均小于0.01V，通過仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)各個(gè)細(xì)節(jié)，得出原因是由于電壓表的量程不夠?qū)捯鸬南到y(tǒng)誤差。

3.2 溫度對(duì)光功率的影響

圖3 白發(fā)紅LED光功率與溫度的影響

又趨于平緩。

4 結(jié)論

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：在恒流驅(qū)動(dòng)條件下，被測LED形成的電壓、光功率隨溫度升高而下降，下降幅度因LED型號(hào)而異。這是因?yàn)榛谀壳暗陌雽?dǎo)體制造技術(shù)，LED產(chǎn)生的熱量是通過熱傳導(dǎo)方式散發(fā)出去的，而不是像白熾燈一樣的輻射散熱。因此LED的穩(wěn)定性便很容易受自身散熱及環(huán)境溫度影響。

［1］吳琦.LED技術(shù)及應(yīng)用分析［J］.大眾科技，2009（11）：26-27.

［2］懷素芳，李旭.新一代照明光源白光LED的發(fā)展概況［J］.物理通報(bào)，2007（11）：54-55.

［3］王曉明，郭偉玲等.LED-新一代照明光源［J］.現(xiàn)代顯示，2005（07）：15-19.

［4］周太明，宋賢杰，周偉.LED-21世紀(jì)照明新光源［J］.照明工程學(xué)報(bào)，2001，12（04）：38-40.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.185

賴世榮（1992-），男，福建清流人，本科，研究方向：光電子技術(shù)。