Příčiny generování tepla LED
Stejně jako u konvenčních světelných zdrojů i polovodičové emisní diody (LED) generují během provozu teplo v závislosti na celkové světelné účinnosti. Při působení aplikované elektrické energie se záření elektronů a děr rekombinuje za vzniku elektroluminiscence a světlo vyzařované v blízkosti PN přechodu musí projít polovodičovým prostředím a obalovým médiem samotného čipu, aby se dostalo ven (vzduch). Komplexní účinnost proudové injekce, kvantová účinnost radiační luminiscence, účinnost extrakce externího světla čipu atd., konečných pouze 30-40 % vstupní energie do světelné energie a zbývajících 60-70 % její energie se vyskytuje hlavně v ne záření komplexní forma bodové matice vibrace konverze tepl.
Zvýšení teploty čipu zvýší neradiační komplex a dále oslabí světelnou účinnost. Protože si lidé subjektivně myslí, že vysoce výkonné LED diody nemají žádné teplo, ve skutečnosti ano. Velké teplo snadno způsobí mnoho problémů při používání. Navíc mnoho lidí, kteří poprvé používají vysoce výkonné LED a nechápou, jak efektivně řešit tepelné problémy, se spolehlivost výroby stává hlavním problémem. Zde je několik otázek, na které bychom měli myslet: Vytvářejí LED diody nějaké teplo? Kolik tepla dokáže vyrobit? Kolik tepla generuje LED?
Pod propustným napětím LED získávají elektrony energii z napájecího zdroje. Při řízení elektrického pole je překonáno elektrické pole PN přechodu a dochází k přechodu z oblasti N do oblasti P. Tyto elektrony se rekombinují s otvory v oblasti P. Protože volné elektrony driftující do oblasti P mají vyšší energii než valenční elektrony v oblasti P, vrací se elektrony během rekombinace do nízkoenergetického stavu a přebytečná energie se uvolňuje ve formě fotonů. Vlnová délka emitovaného fotonu souvisí s energetickým rozdílem Např. Je vidět, že oblast vyzařující světlo je hlavně v blízkosti PN přechodu a emise světla je výsledkem energie uvolněné rekombinací elektronů a děr. V polovodičové diodě narazí elektrony na odpor během celé cesty z polovodičové zóny do polovodičové zóny. Jednoduše z principu, fyzikální struktura polovodičové diody je prostě z principu, počet elektronů emitovaných ze záporné elektrody a elektronů vrácených na kladnou elektrodu polovodičové diody jsou stejné. Obyčejné diody, kdy dochází k rekombinaci páru elektron-díra, vlivem faktoru rozdílu energetické hladiny např. uvolněné fotonové spektrum není ve viditelné oblasti.
Na cestě dovnitř diody elektrony spotřebovávají energii kvůli přítomnosti odporu. Spotřebovaná energie odpovídá základním zákonům elektroniky:
P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH
Poznámky: RN je tělesný odpor zóny N
VTH je spínací napětí PN přechodu
RP je objemový odpor oblasti P
Teplo generované spotřebovanou energií je:
Q = Pt
Kde: t je doba, po kterou je dioda pod napětím.
V podstatě je LED stále polovodičová dioda. Proto, když LED pracuje v dopředném směru, její pracovní proces odpovídá výše uvedenému popisu. Elektrická energie, kterou spotřebuje, je:
P LED = U LED × I LED
Kde: U LED je propustné napětí přes světelný zdroj LED
I LED je proud protékající LED
Spotřebovaná elektrická energie se přemění na teplo a uvolní se:
Q＝P LED × t
Poznámky: t je čas zapnutí
Ve skutečnosti energie uvolněná při rekombinaci elektronu s dírou v oblasti P není přímo poskytována externím napájením, ale protože elektron je v oblasti N, když neexistuje žádné vnější elektrické pole, jeho energetická hladina je vyšší. než v regionu P. Hladina valenčních elektronů je vyšší než např. Když dosáhne oblasti P a rekombinuje se s dírami, aby se staly valenčními elektrony v oblasti P, uvolní tolik energie. Velikost Eg je dána samotným materiálem a nemá nic společného s vnějším elektrickým polem. Úlohou externího napájení elektronu je přimět jej, aby se pohyboval směrově a překonat roli PN přechodu.
Množství tepla generovaného LED nemá nic společného se světelnou účinností; neexistuje žádný vztah mezi tím, jaké procento elektrické energie produkuje světlo a zbývající procento elektrické energie produkuje teplo. Díky pochopení pojmů generování tepla, tepelného odporu a teploty přechodu vysoce výkonných LED a odvození teoretických vzorců a měření tepelného odporu můžeme studovat skutečný design balení, hodnocení a produktové aplikace vysoce výkonných LED. Je třeba poznamenat, že řízení tepla je klíčovou otázkou v současné fázi nízké světelné účinnosti LED produktů. Zásadně zlepšující světelnou účinnost pro snížení tvorby tepelné energie je dno konvice. To vyžaduje výrobu čipů, balení LED a vývoj aplikačního produktu. Technologický pokrok ve všech aspektech.
