賴世榮

（三明學院 ，福建 三明 365004）

溫度對白發(fā)紅LED光電特性影響的研究

賴世榮

（三明學院 ，福建 三明 365004）

設計了一套實驗方案對白發(fā)紅LED在40ˉ90℃溫度條件下進行正向電壓和光功率這兩種特性參數測試，通過分析實驗數據，總結了LED正向電壓、光功率隨溫度變化的規(guī)律。

LED；結溫；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)光性能的半導體器件，它可以直接將電能轉化為光能［1］。LED以一個半導體的晶片為核心部件，晶片接在支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，整個晶片被環(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，但是在實際應用中還存在兩個制約LED燈具發(fā)展的瓶頸［4］：一是LED P-N結的溫度極大地影響、限制了LED的電、光學性能，LED是一個溫度依賴性較強的光源，溫度浮動會導致光輸出的顯著變化和使用壽命的縮短現象。另一個瓶頸是成本目前LED光源相對傳統(tǒng)光源來說，價格還是偏高，而且光通量不足，因此研究P-N結的溫度對LED的光學參數的影響具有重要的現實運用意義。

2 實驗系統(tǒng)設計

LED測試系統(tǒng)。利用光電實驗室現有的實驗儀器，設計了一套LED測試系統(tǒng)，系統(tǒng)由光源驅動模塊、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)壓電源向光源驅動提供一個穩(wěn)定的5V線性電壓，LED燈通過BNC導線與電流表串聯(lián)接到光源驅動模塊當中。通過光源驅動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，通過調節(jié)流過LED的電流，控制LED在特定電流下的光學特性，連接好電路即可測量LED 兩端的電壓。探測器將的LED發(fā)出光信號轉換成電信號，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驗數值。

3 實驗過程及數據分析與結果討論

3.1 溫度對LED正向電壓的影響

正向電壓是判定LED性能的一個重要參數。正向電壓的數值取決于半導體材料的特性、器件制作工藝等。在任意溫度下，當LED被點亮，在此溫度下達到熱平衡后，正向電壓隨著溫度不同而變化。實驗中采用的是扁平式小功率5 mw白發(fā)紅LED，型號為CHHDG ，其內部的半導體材料為Si。將白發(fā)紅LED放入溫控儀，連接好電路。通過光源驅動模塊中的恒流源驅動模式，給白發(fā)紅LED提供（0-22mA）不同導通電壓，再通過調節(jié)溫控儀的溫度來控制白發(fā)紅LED P-N結的溫度點，并測試白發(fā)紅LED在相同的驅動電流下，五個不同（40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃）溫度點下P-N結的輸出電壓，實驗測量的電壓與溫度的關系如圖2所示。

可以發(fā)現在一定的電流下，白發(fā)紅LED對溫度很敏感，P-N結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系。圖2中白發(fā)紅LED的電壓曲線出現三個點的電壓出現異常，分別是在驅動電流為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，通過仔細分析實驗各個細節(jié)，得出原因是由于電壓表的量程不夠寬引起的系統(tǒng)誤差。

3.2 溫度對光功率的影響

圖3 白發(fā)紅LED光功率與溫度的影響

又趨于平緩。

4 結論

由實驗結果可以發(fā)現：在恒流驅動條件下，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型號而異。這是因為基于目前的半導體制造技術，LED產生的熱量是通過熱傳導方式散發(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技術及應用分析［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，2007（11）：54-55.

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

［4］周太明，宋賢杰，周偉.LED-21世紀照明新光源［J］.照明工程學報，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。