LED芯片越亮，發(fā)熱量越大，還是芯片越暗，發(fā)熱量越大？遇到這個(gè)問(wèn)題，相信很多人都會(huì)認(rèn)為是芯片越暗，發(fā)熱量越大，因?yàn)楦喽寄芰哭D(zhuǎn)化成了熱能。但是，事實(shí)并非如此，LED芯片越亮，發(fā)熱量可能越大，也可能會(huì)越小，這是因?yàn)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/電流/" target="_blank">電流密度大小會(huì)決定芯片的光功率和熱功率大小，同時(shí)溫度也會(huì)影響芯片的發(fā)光效率。那么應(yīng)該如何分析LED芯片的發(fā)光發(fā)熱性能并加以利用？下面我們將通過(guò)金鑒顯微光熱分布測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試分析，和大家一起一探究竟。

案例分析（一）芯片發(fā)光與發(fā)熱并不成正比

以下是對(duì)同一顆芯片，通過(guò)金鑒自研發(fā)的顯微光熱分布測(cè)試系統(tǒng)在不同電流下的測(cè)試數(shù)據(jù)，如圖所示為芯片亮度和溫度隨電流的變化關(guān)系曲線。我們發(fā)現(xiàn)芯片發(fā)光與發(fā)熱并不成正比。

1. 隨著加載電流的增大，芯片亮度逐漸增加，達(dá)到最大值后開始出現(xiàn)衰減，而芯片溫度卻是隨著電流的增大而急劇增加！

2. 在大電流下，再增加電流，芯片并不會(huì)變的更亮，甚至?xí)儼?。這是因?yàn)長(zhǎng)ED芯片存在高驅(qū)動(dòng)電流下“量子效率下降”（Efficiency Droop）的問(wèn)題。這也是制約高功率LED照明應(yīng)用，發(fā)展高效、功率照明技術(shù)的關(guān)鍵瓶頸。

3. 該芯片廠家規(guī)定的額定電流為450mA，超電流使用，芯片的確會(huì)更亮。但是過(guò)度的超電流，產(chǎn)生的將不再是光能，而是熱能，這將極大危害LED芯片的壽命。

圖一：LED芯片外觀圖

圖二：LED芯片發(fā)光強(qiáng)度、表面溫度與點(diǎn)亮電流的關(guān)系曲線圖

燈具廠為什么喜歡超電流？

這里面有幾個(gè)原因：

1. 過(guò)去LED產(chǎn)業(yè)還沒(méi)有顯微光熱分析設(shè)備來(lái)研究芯片微觀的電流、發(fā)光和發(fā)熱關(guān)系，沒(méi)有在此方面做過(guò)深入的研究，只有一些憑感覺(jué)的經(jīng)驗(yàn)值。

2. 芯片廠對(duì)于額定電流的規(guī)定是鑒于芯片大小，這并不科學(xué)，沒(méi)有考慮到芯片的電流密度會(huì)隨著外延和芯片工藝，圖形設(shè)計(jì)的改變因素。

3. 燈具廠追求的是高亮度，他們發(fā)現(xiàn)超出芯片的額定電流使用，燈具好像也沒(méi)出什么問(wèn)題。久而久之，燈具廠對(duì)芯片廠提供的額定電流參數(shù)不再信任，隨意地超電流使用。但這種行為又存在安全隱患，因?yàn)槌嗌偻耆歉杏X(jué)走，缺乏測(cè)試數(shù)據(jù)理論的支撐，以至于過(guò)度超電流導(dǎo)致燒燈質(zhì)量事故的出現(xiàn)。

4. 由此可知，利用金鑒顯微光熱分析設(shè)備繪制出LED芯片發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)熱與點(diǎn)亮電流的關(guān)系曲線圖可以指導(dǎo)LED芯片、封裝和燈具廠向著規(guī)范健康的方向發(fā)展。

案例分析（二）

下圖是同樣的芯片通過(guò)金鑒顯微光熱分布測(cè)試系統(tǒng)在不同電流下測(cè)試的光熱分布圖，選取圖二中的電流是亮度最高點(diǎn)電流值590mA和最高點(diǎn)兩邊相同亮度450mA和760mA。從中我們可以清晰觀察到，過(guò)度的超電流使用，LED光源產(chǎn)熱不產(chǎn)光的現(xiàn)象。

1. LED芯片的額定電流為450mA，超電流590mA使用時(shí)，亮度提升約9.3%，芯片溫度升高41.2℃，約46.2%。

2. 過(guò)度超電流760mA使用時(shí)，亮度無(wú)提升，芯片溫度升高122.7℃，約137.6%。過(guò)度超電流，亮度不變，溫度升高超過(guò)2倍！

3. 燈具廠如果要超電流，需選擇在在450~590mA這個(gè)芯片量子效率較高的這個(gè)區(qū)間選擇，才能夠避免產(chǎn)熱不產(chǎn)光的現(xiàn)象！

通過(guò)金鑒顯微光熱分布系統(tǒng)，可以芯片廠、封裝廠和燈具廠定位最高效率的電流電壓，避免盲目的超電流使用導(dǎo)致燒燈現(xiàn)象！

圖三：不同電流下芯片光熱分布對(duì)比

案例分析（三）環(huán)境溫度影響芯片的發(fā)光和發(fā)熱性能

LED光源的光熱性能受溫度的影響較大，脫離實(shí)際工作溫度所測(cè)試的結(jié)果準(zhǔn)確性較差，甚至毫無(wú)意義。以下為金鑒顯微光熱分布測(cè)試系統(tǒng)在不同溫度下測(cè)得的芯片光熱分布圖對(duì)比，同時(shí)給出了在不同溫度下芯片亮度的變化情況。

1. 溫度越高，芯片光分布均勻性越差。這是因?yàn)闇囟扔绊懼牧系男阅?，高溫使得芯片電流擴(kuò)展能力變差。

2. 隨著溫度的升高，發(fā)光強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，且溫度越高，光衰趨勢(shì)越大。支架引腳溫度由80℃升高到120℃時(shí)，LED芯片溫度升高約45℃，發(fā)光強(qiáng)度衰減高達(dá)30.6%！

3. 因此，在非實(shí)際使用溫度環(huán)境下的測(cè)試數(shù)據(jù)，是不準(zhǔn)確的！

實(shí)際工作溫度對(duì)于LED芯片的光熱性能至關(guān)重要！金鑒自主研發(fā)的顯微熱分布測(cè)試系統(tǒng)配備有高低溫?cái)?shù)顯精密控溫平臺(tái)，能穩(wěn)定控制燈珠引腳溫度和基板溫度，模擬模擬器件實(shí)際工作溫度進(jìn)行測(cè)試，提供更為真實(shí)有效的數(shù)據(jù)。該測(cè)試平臺(tái)還配備有水冷降溫系統(tǒng)，在100s內(nèi)可將平臺(tái)溫度由100℃降到室溫，有效解決了樣品臺(tái)降溫困難的問(wèn)題，該系統(tǒng)還可以穩(wěn)定控制樣品臺(tái)溫度維持在0℃-室溫，適用于一些需要保持低溫工作的器件。

圖四：芯片亮度與環(huán)境溫度的關(guān)系曲線

圖五：芯片在不同環(huán)境溫度下的光熱分布對(duì)比

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