LED的结温的产生，结温计算以及结温对器件的光特性影响
１ LED 结温定义及产生原因
LED 结温从本质上讲就是 P-N 结处的温度，实验证明，当有外部电流通过LED 时，P-N 结处的温度就会升高，持续一段时间后，温度就会达到一个稳定的状态，这个稳定的温度值就是 LED 的结温值。从 LED 的发光原理分析，当 LED外部施加一个正向电压时，价带中的空穴会和导带中的电子相结合，这一过程就会使得电能一部分转化为光能，一部分转化为热能，热能就会使得 P-N 结处温度升高。主要原因有以下几点
１）LED 器件的注入效率导致结温升高,因为注入效率不会达到100%，电子和空穴复合的时候不会100%全部以光子的形式释放出能量，因为在IED工作时除了P区向N区注入电荷以外，N区也会向P区注入电荷，一般情况下，N区向P区注入的电子不会产生光电效应，而是以发热的形式消耗掉了。
２）PN结存在电阻，也就是器件电极结构也会导致热量的产生，窗口层，衬底PN结区的材料以及界面接触层等均存在一定的电阻值，这些电阻值相互叠加，构成LED的串联电阻。当电流流过P-N结时会产生热量导致结温的升高。
３）不能忽视的一个主要原因则是出光效率，它易导致 LED 结温升高。与周围其他介质相比较而言，LED芯片材料具有较大的折射系数，从而导致芯片内部产生的大部分光子(>90%)会在芯片与介质面产生全发射，无法顺利地溢出界面，最终被芯片材料或衬底吸收，形成热量后会致使结温升高。
４）另一个决定结温高低的因素是LED器件的散热能力。散热能力强，热量传导到空气当中的速度快，结温较低反之，散热能力差时结温较高。这一点和LED芯片的外部封装结构相关。
２ LED 结温计算
LED工作时，输入的电能不会全部转换成光能，一部分会以热量的形式耗散掉。这个热量会使得LED内部的温度升高。为了保证LED正常工作并延长使用寿命，需要控制结温在一定范围内。结温可以通过以下公式计算：
其中：𝑇𝑗是结温。𝑃𝑑是耗散功率。Ｒ𝑗𝑎 是结到环境的热阻。𝑇𝑎是环境温度。
耗散功率 𝑃𝑑: 这是LED输入功率 𝑃𝑖𝑛减去光输出功率 𝑃𝑜𝑝𝑡后的剩余功率。𝑃𝑑=𝑃𝑖𝑛−𝑃𝑜𝑝𝑡。
输入功率 𝑃𝑖𝑛 由电流 𝐼和电压 𝑉决定：
光输出功率 𝑃𝑜𝑝𝑡 通常直接给出或可以由光效（lm/W）和输入功率计算得出：
其中 𝜂𝑜𝑝𝑡是光效。因此，耗散功率 𝑃𝑑为：
热阻 Ｒ𝑗𝑎：热阻是衡量热量传递难易程度的一个物理量，单位是 °C/W。对于LED而言，热阻通常包括多个部分，如结到封装的热阻 Ｒ𝑗𝑐 ，封装到基板的热阻 Ｒ𝑐𝑠，基板到散热器的热阻 Ｒ𝑠𝑏，以及散热器到环境的热阻 Ｒ𝑏𝑎。结到环境的总热阻 Ｒ𝑗𝑎是所有这些热阻的累加。环境温度 𝑇: LED工作环境的温度。
根据热力学原理，当系统达到稳态时，产生的热量等于散失的热量。对于LED而言，耗散功率 𝑃𝑑 产生的热量必须通过热阻 R𝑗𝑎 散发到环境中，导致结温上升。
其中 Ｒ𝑗𝑎 是结到环境的总热阻。由此可以解出结温 𝑇𝑗：
３ 结温对于 LED 发光特性的影响
结温（Junction Temperature）对LED（发光二极管）的发光特性有着显著影响。以下是几个关键方面：
１）结温对于光通量的影响
随着 LED 器件结温不断升高，其光通量不断降低，这时 LED 器件的照明效果也变差，如果 LED 结温突破 LED 所能承受的极限值，LED 内部的结构会遭到破坏，此时光通量会急剧降低结温对于光通量的影响可用如下公式示
Ф v (T j1 )为结温为 T j1 时 LED 器件发出的光通量，Ф v (T j2 )为结温为 T j2 时 LED器件发出的光通量；k e 为温度系数，其值取决于器件的材料特性。随着结温的升高，辐射通量的减少归因于与温度有关的因素，如非辐射复合、载流子浓度等。
２）结温对于光效的影响
随着 LED 结温的增高，LED 的各个颜色光的发光效率都在不断的降低，光效 ƞ 与光通量 Ф v 密切相关。Ф v 与 ΔT 呈负指数相关，可推算光效 ƞ 与结温 T j 的关系为：
式中，T 0 是参考温度；ƞ 0 为 T 0 所对应的光效。下图为光效随结温变化的规律，结温越高，光效越低。
图１ 光效随结温变化的规律
３）结温对于光波长的影响
LED 的光波长由主波长和峰值波长组成，相关研究证明，LED 结温过高会使得波长变长同时颜色会发生“红移”现象，进而人们的感知会变得不适应和迟钝。结温与光波长关系如公式。
式中𝜆 𝑛 表示结温 T m 时所对应的 LED 主波长；λ n 表示结温 T n 时所对应的LED 主波长；K 表示波长变化系数；∆T表示结温变化值。
４）结温对于 LED 寿命的影响
当 LED 芯片的结温持续维持在非常高的水平，就会对 LED 的结构造成破坏，而且温度降低之后这种破坏不会恢复原样。
相关实验研究证明，结温每升高 2℃，LED 就会降低 10%的可靠性，具体影响为：
(1) 结温过高会使得环氧树脂退化速度加剧，使得整体封装透光性大大降低，进而降低了 LED 的发光效率。
(2) 结温过高会使一些杂质进入发光区域，产生深能级，使得 LED 性能衰退。
(3) LED 内部的晶格失配会随着结温的增高而增加，如果晶格失配度增加，那么LED 注入电子的效率会大大降低，从而造成 LED 发光效率降低。
综上所述，结温对LED的影响是全面且深刻的，不仅限于发光效率和颜色稳定性，还包括了器件的可靠性和寿命。因此，在设计和应用LED时，必须考虑到这些因素，并采取适当的措施来管理和控制结温。
