A LED-ek hőtermelésének okai
A hagyományos fényforrásokhoz hasonlóan a félvezető-kibocsátó diódák (LED-ek) is hőt termelnek működés közben, az általános fényhatékonyságtól függően. Az alkalmazott elektromos energia hatására az elektronok és a lyukak sugárzása újraegyesül, és elektrolumineszcenciát hoz létre, és a PN csomópont közelében kisugárzott fénynek át kell haladnia magának a chipnek a félvezető közegen és a csomagolóközegen, hogy elérje a külvilágot (levegőt). Átfogó áraminjektálási hatásfok, sugárzási lumineszcencia kvantumhatékonysága, chip külső fénykivonási hatásfoka stb., a bemeneti energiának csak 30-40%-a fényenergiává, energiájának fennmaradó 60-70%-a pedig főként egy nem- sugárzás komplex formája pontmátrix rezgés konverziós hő.
A chip hőmérsékletének emelkedése fokozza a nem sugárzási komplexumot, tovább gyengíti a fényhatásfokot. Mivel az emberek szubjektíven azt hiszik, hogy a nagy teljesítményű LED-eknek nincs hőjük, valójában igen. A sok hő könnyen sok problémát okoz a használat során. Ezen túlmenően, sokan, akik először használnak nagy teljesítményű LED-eket, és nem értik, hogyan lehet hatékonyan megoldani a hőproblémákat, így a gyártás megbízhatósága válik a fő problémává. Tehát itt van néhány kérdés, amelyekre gondoljunk: Van-e hőtermelés a LED-ekben? Mennyi hőt tud termelni? Mennyi hőt termel a LED?
A LED előremenő feszültsége alatt az elektronok energiát nyernek a tápegységből. Az elektromos tér hatására a PN átmenet elektromos tere leküzdődik, és megtörténik az átmenet az N tartományból a P tartományba. Ezek az elektronok rekombinálódnak a P régióban lévő lyukakkal. Mivel a P tartományba sodródó szabad elektronok energiája nagyobb, mint a P régió vegyértékelektronjainak, ezért az elektronok a rekombináció során alacsony energiájú állapotba kerülnek, és a felesleges energia fotonok formájában szabadul fel. A kibocsátott foton hullámhossza összefügg az energiakülönbséggel Pl. Látható, hogy a fénykibocsátó terület főleg a PN csomópont közelében van, a fénykibocsátás pedig az elektronok és lyukak rekombinációja során felszabaduló energia eredménye. A félvezető diódában az elektronok ellenállásba ütköznek a félvezető zónától a félvezető zónáig vezető teljes út során. Egyszerűen az elvből, a félvezető dióda fizikai felépítése egyszerűen az elvből adódik, a negatív elektródáról kibocsátott elektronok és a félvezető dióda pozitív elektródájára visszaküldött elektronok száma egyenlő. Közönséges diódák, amikor elektron-lyuk pár rekombináció következik be, az energiaszint-különbség tényezője miatt Pl. a felszabaduló foton spektrum nincs a látható tartományban.
A diódán belüli úton az elektronok áramot fogyasztanak az ellenállás jelenléte miatt. A fogyasztott teljesítmény megfelel az elektronika alapvető törvényeinek:
P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH
Megjegyzések: Az RN az N zóna testellenállása
A VTH a PN átmenet bekapcsolási feszültsége
Az RP a P régió ömlesztett ellenállása
Az elfogyasztott áram által termelt hő:
Q = Pt
Ahol: t az az idő, amikor a dióda feszültség alá kerül.
Lényegében a LED még mindig egy félvezető dióda. Ezért, amikor a LED előrefelé működik, a működési folyamata megfelel a fenti leírásnak. Az általa fogyasztott elektromos energia:
P LED = U LED × I LED
Ahol: Az U LED a LED fényforráson lévő előremenő feszültség
Az I LED a LED-en átfolyó áram
Az elfogyasztott elektromos energia hővé alakul, és felszabadul:
Q＝P LED × t
Megjegyzések: t a bekapcsolási idő
Valójában az elektron és a P régióban lévő lyukkal való rekombináció során felszabaduló energiát nem közvetlenül a külső tápegység biztosítja, hanem mivel az elektron az N tartományban van, amikor nincs külső elektromos tér, az energiaszintje magasabb. mint a P régióé. A vegyértékelektron szint magasabb, mint pl. Amikor eléri a P régiót, és rekombinálódik lyukakkal, hogy vegyértékelektronokká váljon a P régióban, akkora energia szabadul fel. Az Eg méretét maga az anyag határozza meg, és semmi köze a külső elektromos térhez. Az elektron külső tápegységének az a szerepe, hogy irányított mozgásra késztesse, és leküzdje a PN átmenet szerepét.
A LED által termelt hőmennyiségnek semmi köze a fényhatékonysághoz; nincs összefüggés aközött, hogy az elektromos energia hány százaléka termel fényt, és az elektromos energia fennmaradó százaléka termel hőt. A nagy teljesítményű LED-ek hőtermelése, hőellenállása és csatlakozási hőmérséklete fogalmának megismerése, elméleti képletek és hőellenállás mérések levezetése révén tanulmányozhatjuk a nagy teljesítményű LED-ek tényleges csomagolásának tervezését, értékelését és termékalkalmazásait. Meg kell jegyezni, hogy a hőgazdálkodás kulcskérdés a LED-termékek alacsony fényhatékonyságának jelenlegi szakaszában. A vízforraló alja alapvetően javítja a fényhatást a hőenergia-termelés csökkentése érdekében. Ehhez chipgyártásra, LED-es csomagolásra és alkalmazási termékfejlesztésre van szükség. Technológiai fejlődés minden szempontból.
