Ursachen für die Wärmeentwicklung von LEDs
Wie bei herkömmlichen Leuchtmitteln erzeugen auch Halbleiter-Emissionsdioden (LEDs) im Betrieb abhängig von der Gesamtlichtausbeute Wärme. Unter der Einwirkung angelegter elektrischer Energie rekombiniert die Strahlung von Elektronen und Löchern, um Elektrolumineszenz zu erzeugen, und das in der Nähe des PN-Übergangs abgestrahlte Licht muss durch das Halbleitermedium und das Verpackungsmedium des Chips selbst gelangen, um nach außen (Luft) zu gelangen. Umfassende Strominjektionseffizienz, Quanteneffizienz der Strahlungslumineszenz, Effizienz der externen Lichtextraktion des Chips usw., wobei nur 30–40 % der eingegebenen Energie in Lichtenergie umgewandelt werden und die restlichen 60–70 % der Energie hauptsächlich in einer nicht- Strahlung komplexe Form der Punktmatrix-Vibration Umwandlung Wärme.
Durch die Erhöhung der Chiptemperatur wird der Nichtstrahlungskomplex verstärkt, wodurch die Lichtausbeute weiter geschwächt wird. Weil die Leute subjektiv denken, dass Hochleistungs-LEDs keine Wärme erzeugen, ist das tatsächlich der Fall. Große Hitze verursacht bei der Verwendung leicht viele Probleme. Darüber hinaus verstehen viele Menschen, die zum ersten Mal Hochleistungs-LEDs verwenden, nicht, wie sie thermische Probleme effektiv lösen können, wodurch die Produktionssicherheit zum Hauptproblem wird. Hier sind einige Fragen, über die wir nachdenken sollten: Erzeugen die LEDs Wärme? Wie viel Wärme kann es erzeugen? Wie viel Wärme erzeugt die LED?
Unter der Durchlassspannung der LED beziehen die Elektronen Energie aus dem Netzteil. Unter der Ansteuerung des elektrischen Feldes wird das elektrische Feld des PN-Übergangs überwunden und der Übergang vom N-Bereich zum P-Bereich erfolgt. Diese Elektronen rekombinieren mit den Löchern in der P-Region. Da die in die P-Region driftenden freien Elektronen eine höhere Energie haben als die Valenzelektronen in der P-Region, kehren die Elektronen bei der Rekombination in einen Zustand niedriger Energie zurück und die überschüssige Energie wird in Form von Photonen freigesetzt. Die Wellenlänge des emittierten Photons hängt mit der Energiedifferenz Eg zusammen. Es ist ersichtlich, dass sich der lichtemittierende Bereich hauptsächlich in der Nähe des PN-Übergangs befindet und die Lichtemission das Ergebnis der Energie ist, die durch die Rekombination von Elektronen und Löchern freigesetzt wird. In einer Halbleiterdiode stoßen Elektronen während des gesamten Weges von Halbleiterzone zu Halbleiterzone auf Widerstand. Einfach vom Prinzip her ist die physikalische Struktur der Halbleiterdiode einfach vom Prinzip her: Die Anzahl der von der negativen Elektrode emittierten Elektronen und die Anzahl der zur positiven Elektrode der Halbleiterdiode zurückgegebenen Elektronen sind gleich. Bei gewöhnlichen Dioden liegt das freigesetzte Photonenspektrum bei der Rekombination von Elektron-Loch-Paaren aufgrund des Faktors der Energieniveaudifferenz z. B. nicht im sichtbaren Bereich.
Auf dem Weg in die Diode verbrauchen Elektronen aufgrund des vorhandenen Widerstands Strom. Der Stromverbrauch richtet sich nach den Grundgesetzen der Elektronik:
P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH
Hinweise: RN ist der Körperwiderstand der N-Zone
VTH ist die Einschaltspannung des PN-Übergangs
RP ist der Massenwiderstand der P-Region
Die durch den Stromverbrauch erzeugte Wärme beträgt:
Q = Pt
Dabei ist: t ist die Zeit, in der die Diode eingeschaltet ist.
Im Wesentlichen ist die LED immer noch eine Halbleiterdiode. Wenn die LED also in Vorwärtsrichtung arbeitet, entspricht ihr Arbeitsablauf der obigen Beschreibung. Der Stromverbrauch beträgt:
P-LED = U-LED × I-LED
Wobei: U LED die Durchlassspannung an der LED-Lichtquelle ist
I LED ist der Strom, der durch die LED fließt
Die aufgenommene elektrische Leistung wird in Wärme umgewandelt und freigesetzt:
Q＝P LED × t
Hinweise: t ist die Einschaltzeit
Tatsächlich wird die Energie, die freigesetzt wird, wenn das Elektron mit dem Loch im P-Bereich rekombiniert, nicht direkt von der externen Stromversorgung bereitgestellt. Da sich das Elektron jedoch im N-Bereich befindet, ist sein Energieniveau höher, wenn kein externes elektrisches Feld vorhanden ist als die der P-Region. Das Valenzelektronenniveau ist höher als z. B. Wenn es die P-Region erreicht und mit Löchern rekombiniert, um in der P-Region Valenzelektronen zu werden, wird es so viel Energie freisetzen. Die Größe von Eg wird durch das Material selbst bestimmt und hat nichts mit dem externen elektrischen Feld zu tun. Die Rolle der externen Energieversorgung des Elektrons besteht darin, es in eine Richtung zu drängen und die Rolle des PN-Übergangs zu überwinden.
Die von einer LED erzeugte Wärmemenge hat nichts mit der Lichteffizienz zu tun; Es gibt keinen Zusammenhang zwischen dem Prozentsatz der elektrischen Energie, der Licht erzeugt, und dem verbleibenden Prozentsatz der elektrischen Energie, der Wärme erzeugt. Durch das Verständnis der Konzepte der Wärmeerzeugung, des Wärmewiderstands und der Sperrschichttemperatur von Hochleistungs-LEDs sowie der Ableitung theoretischer Formeln und Wärmewiderstandsmessungen können wir das tatsächliche Verpackungsdesign, die Bewertung und die Produktanwendungen von Hochleistungs-LEDs untersuchen. Es ist zu beachten, dass das Wärmemanagement in der aktuellen Phase der geringen Lichtausbeute von LED-Produkten ein zentrales Thema ist. Der Boden des Wasserkochers verbessert die Lichtausbeute grundlegend, um die Erzeugung von Wärmeenergie zu reduzieren. Dies erfordert Chipherstellung, LED-Verpackung und Anwendungsproduktentwicklung. Technologischer Fortschritt in allen Belangen.
