基于垂直與水平散熱模式LED光電熱特性研究（二）

　　（一）、兩種不同散熱結構LED的封裝

　　為了保證可對比性，采用相同的物料（相同的芯片、固晶膠、金線、硅膠、螢光粉）分別對3528 LED及3014LED進行封裝，制作色溫、色坐標相近的LED燈珠，以便更好的進行亮度、光衰及色坐標等光學特性的比較分析。

　　（二）、初始參數測試對比

　　隨機選取3014LED和3528LED各20個，其光通量和色溫如圖9、圖10所示，橫坐標表示LED個數，縱坐標表示光通量和相關色溫CCT。

　　圖9. 光通量比較圖

　　圖10. 色溫比較圖

　　初始參數測試結果表明，在20mA電流驅動下，3014LED的光通量比3528高，且其CCT集中度比3528LED好。另3014一般在30mA電流下驅動使用，其光通量達到10~11Lm；如上節熱模擬顯示，3528LED散熱效果遠不如3014LED，故其在大電流驅動下，光通量必定會嚴重受到過高熱量的影響。因此相比水平散熱LED，垂直散熱LED具有不可比擬的優勢。

　　（三）、光衰試驗對比分析

　　隨機抽取3528LED和3014LED各30pcs，按驅動電流20mA、25mA、30mA各分為三組進行1008H的光衰實驗，以比較分析兩種不同散熱模式LED的光衰和色坐標漂移程度，從而研究散熱對其光色特性的影響。

　　圖11. LED光衰圖

　　從光衰圖曲線可以明顯看出，在1008H的老化過程中，水平散熱LED在20mA驅動時，其亮度并未隨時間衰減；但是在25mA 及30mA 驅動時，特別是30 mA，其亮度有明顯的衰減。這表明過高的熱量對亮度產生了很大的影響。相比水平散熱LED，垂直散熱LED的優勢及穩定性顯而易見。不管在大電流或小電流驅動，垂直散熱LED經過1008H老化，亮度反而增高，并未有衰減趨勢。

　　此外，水平散熱LED的光衰隨驅動電流加大而升高加快，這表明隨著加大驅動電流，芯片產生更多的熱量，水平散熱LED未能把過多的熱量散去，從而使亮度受到的更大的影響。相反，垂直散熱LED的亮度隨驅動電流的加大而升高更多，電流越大，亮度增加的越多，光衰越慢。這表明電流越大，雖然產熱更多，但垂直散熱LED的散熱優勢更加彰顯，從而降低了芯片在加大電流帶來更高熱量的影響。光衰圖明顯的顯示了兩種不同散熱模式的散熱效果的優劣。

　　亮度衰減主要原因為芯片老化，而過高的熱量又是芯片老化的首要原因。與水平散熱LED相比，垂直散熱LED能將芯片產生的熱量迅速散去，有效地將芯片性能衰減降至最低，從而保證了亮度的可靠性。

　　圖12. CIE-x漂移圖

　　圖13. CIE-y漂移圖

　　圖12和圖13分別表示了兩種散熱模式LED的色坐標CIE-x、CIE-y平均值隨時間的變化。整體來看，垂直散熱LED的色坐標明顯較水平散熱LED穩定，漂移較小。在30mA驅動下，垂直散熱模式LED色坐標CIE-x、CIE-y的平均值分別漂移-0.0027、-0.0033，而水平散熱模式LED色坐標CIE-x、CIE-y的平均值分別漂移-0.0210、-0.0246，兩者差距非常明顯。色坐標漂移主要因素是螢光粉性能老化，而過高的熱量又是導致螢光粉性能老化的首要原因。從而可以看出，垂直散熱模式LED可以將芯片產生的熱能迅速帶出，有效使得螢光粉的性能衰減至最低，從而保證LED燈珠的光色性能穩定可靠。
結論

　　本文從結構、光電參數、熱學特性、光衰及成本等方面對垂直散熱和水平散熱LED進行了研究分析對比，結果表明垂直散熱模式LED的光電熱特性均遠遠優于水平散熱模式LED。垂直散熱模式優異的散熱特性，能將芯片產生的熱量及時導出，從而將芯片和螢光粉的性能衰減至最低，使得LED亮度高、散熱快、光衰小及光色漂移小，在保證燈珠的性能穩定的同時，也提高了照明燈具整體光色一致及性能可靠穩定性，從而成為中小功率LED照明應用光源的發展趨勢。

　　參考文獻

　　[1] dr EICHHORN K．LEDs in automotive lighting[J]. SPIE, 2006, 6134:1-6．

　　[2] Arik M, BecKer C, Weaver S, et al. Thermal management of LEDs: package to system[C]. Proc.of SPIE, 2004, 5187:64-75.

　　深圳市九洲光電科技有限公司，深圳光明新區九洲工業園，518000

　　深圳大學光電子學研究所，封裝實驗室，深圳南山，518000

　　作者：劉沛，郭倫春，夏鼎智，羅強