In a multichip LED system, various thermoelectric feedback mechanisms are acting that lead to inhomogeneous temperature pattern in the construction. This causes the LEDs forming LED matrix to heat up to critical values of temperatures and thermomechanical stresses leading to accelerated device degradation and to shortening of its designed no-failure lifetime. In this work, a thermoelectric model of an LED matrix consisting of n parallel-connected chains containing m series-connected LED chips placed on a mounting plate is presented. The redistribution of the total matrix current between the chains as a result of LED matrix self-heating is accounted for. Mathematical description of thermoelectric model consists of a thermal conductivity equation with appropriate boundary conditions and an expression for the temperature dependence of the strength of currents flowing through chains of series-connected LEDs. The temperature pattern in LED matrix design was found using a specially developed program that includes iterative access to the COMSOL Multiphysics software environment, with that the convergence of the applied calculation algorithm was studied. It was shown that the redistribution of current between series-connected LED chains leads to a significant increase in the inhomogeneity of the temperature distribution over LED matrix surface. The dependence of the coefficient of inhomogeneity of temperature distribution on the upper surface of LED matrix on the current strength has been obtained. Experimental verification of the model was carried out.
В многокристальной светодиодной системе действуют различные механизмы теплоэлектрической обратной связи, которые приводят к неравномерному профилю температуры в конструкции. Это является причиной нагрева светодиодов, составляющих светодиодную матрицу, до критических значений температур и термомеханических напряжений, приводящих к ускорению процесса деградации и снижению расчетного срока безотказной работы прибора. В работе представлена теплоэлектрическая модель светодиодной матрицы, состоящей из n параллельно соединенных цепочек, содержащих по m последовательно соединенных кристаллов светодиодов, размещенных на монтажной пластине. Учтено перераспределение полного тока матрицы между цепочками в результате саморазогрева светодиодной матрицы. Математическое описание термоэлектрической модели включает в себя уравнение теплопроводности с соответствующими граничными условиями и выражение для зависимости силы токов, протекающих через цепочки последовательно соединенных кристаллов светодиодов, от температуры. Профиль температуры в конструкции светодиодной матрицы найден с помощью специально разработанной программы, содержащей итерационное обращение к программной среде COMSOL Multiphysics, при этом исследована сходимость применяемого расчетного алгоритма. Показано, что перераспределение тока между цепочками последовательно соединенных кристаллов светодиодов приводит к существенному увеличению неравномерности профиля температуры по поверхности светодиодной матрицы. Получена зависимость коэффициента неравномерности профиля температуры по верхней поверхности светодиодной матрицы от силы тока. Проведена экспериментальная верификация модели.