Uzroci stvaranja topline LED dioda
Kao i kod konvencionalnih izvora svjetlosti, diode koje emitiraju poluvodiče (LED) također stvaraju toplinu tijekom rada, ovisno o ukupnoj svjetlosnoj učinkovitosti. Pod djelovanjem primijenjene električne energije, zračenje elektrona i šupljina se rekombinira kako bi proizvelo elektroluminiscenciju, a svjetlost koja zrači u blizini PN spoja treba proći kroz poluvodički medij i medij pakiranja samog čipa kako bi dosegla van (zrak). Sveobuhvatna učinkovitost ubrizgavanja struje, kvantna učinkovitost luminiscencije zračenja, učinkovitost vanjske ekstrakcije svjetla čipa itd., konačnih samo 30-40% ulazne energije u svjetlosnu energiju, a preostalih 60-70% njegove energije uglavnom se javlja u ne- radiation složeni oblik dot-matrix vibracija conversion heat.
Povećanje temperature čipa pojačat će kompleks bez zračenja, dodatno slabeći svjetlosnu učinkovitost. Budući da ljudi subjektivno misle da LED diode velike snage nemaju toplinu, zapravo je tako. Puno topline lako uzrokuje mnoge probleme tijekom uporabe. Osim toga, mnogi ljudi koji po prvi put koriste LED diode velike snage i ne razumiju kako učinkovito riješiti toplinske probleme, zbog čega pouzdanost proizvodnje postaje glavni problem. Evo nekoliko pitanja o kojima razmislimo: Stvaraju li LED diode toplinu? Koliko topline može proizvesti? Koliko topline stvara LED?
Pod prednjim naponom LED-a, elektroni dobivaju energiju iz izvora napajanja. Pod pogonom električnog polja, električno polje PN spoja se prevladava i dolazi do prijelaza iz N područja u P područje. Ovi elektroni se rekombiniraju s rupama u P području. Budući da slobodni elektroni koji lebde u P područje imaju veću energiju od valentnih elektrona u P području, elektroni se tijekom rekombinacije vraćaju u stanje niske energije, a višak energije se oslobađa u obliku fotona. Valna duljina emitiranog fotona povezana je s razlikom energije Npr. Može se vidjeti da je područje emitiranja svjetlosti uglavnom blizu PN spoja, a emisija svjetlosti rezultat je energije oslobođene rekombinacijom elektrona i šupljina. U poluvodičkoj diodi elektroni će naići na otpor tijekom cijelog puta od poluvodičke zone do poluvodičke zone. Jednostavno iz principa, fizička struktura poluvodičke diode je jednostavno iz principa, broj elektrona emitiranih iz negativne elektrode i elektrona koji se vraćaju na pozitivnu elektrodu poluvodičke diode su jednaki. Kod običnih dioda, kada dolazi do rekombinacije para elektron-šupljina, zbog faktora razlike razina energije Npr., spektar oslobođenog fotona nije u vidljivom području.
Na putu unutar diode, elektroni troše energiju zbog prisutnosti otpora. Potrošena snaga u skladu je s osnovnim zakonima elektronike:
P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH
Napomene: RN je otpor tijela N zone
VTH je napon uključivanja PN spoja
RP je skupni otpor P regije
Toplina koju stvara potrošena snaga je:
Q = Pt
Gdje je: t vrijeme dok je dioda pod naponom.
U biti, LED je još uvijek poluvodička dioda. Stoga, kada LED radi u smjeru naprijed, njegov radni proces je u skladu s gornjim opisom. Električna energija koju troši je:
P LED = U LED × I LED
Gdje je: U LED prednji napon preko LED izvora svjetla
I LED je struja koja teče kroz LED
Potrošena električna energija se pretvara u toplinu i oslobađa:
Q＝P LED × t
Napomene: t je vrijeme uključivanja
Zapravo, energija koja se oslobađa kada se elektron rekombinira s rupom u P području nije izravno osigurana vanjskim izvorom energije, ali budući da je elektron u N području, kada nema vanjskog električnog polja, njegova razina energije je viša nego onaj u P regiji. Razina valentnog elektrona viša je od Eg. Kada dosegne P regiju i rekombinira se s rupama kako bi postali valentni elektroni u P regiji, oslobodit će toliko energije. Veličina Eg određena je samim materijalom i nema nikakve veze s vanjskim električnim poljem. Uloga vanjskog napajanja elektrona je da ga tjera da se kreće usmjereno i nadvlada ulogu PN spoja.
Količina topline koju generira LED nema nikakve veze sa svjetlosnom učinkovitošću; ne postoji odnos između toga koji postotak električne energije proizvodi svjetlost i preostali postotak električne energije proizvodi toplinu. Razumijevanjem koncepata stvaranja topline, toplinskog otpora i temperature spoja LED dioda velike snage i izvođenjem teoretskih formula i mjerenja toplinskog otpora, možemo proučavati stvarni dizajn pakiranja, ocjenu i primjenu proizvoda LED dioda velike snage. Treba napomenuti da je upravljanje toplinom ključno pitanje u trenutnoj fazi niske svjetlosne učinkovitosti LED proizvoda. Temeljno poboljšanje svjetlosne učinkovitosti radi smanjenja proizvodnje toplinske energije je dno kuhala za vodu. To zahtijeva proizvodnju čipova, LED pakiranje i razvoj aplikacijskih proizvoda. Tehnološki napredak u svim aspektima.
