Cause della generazione di calore dei LED
Come le sorgenti luminose convenzionali, anche i diodi emettitori a semiconduttore (LED) generano calore durante il funzionamento, a seconda dell'efficienza luminosa complessiva. Sotto l'azione dell'energia elettrica applicata, la radiazione di elettroni e lacune si ricombina per produrre elettroluminescenza, e la luce irradiata vicino alla giunzione PN deve passare attraverso il mezzo semiconduttore e il mezzo di imballaggio del chip stesso per raggiungere l'esterno (aria). Efficienza completa di iniezione di corrente, efficienza quantica della luminescenza delle radiazioni, efficienza di estrazione della luce esterna del chip, ecc., solo il 30-40% finale dell'energia in ingresso viene trasformata in energia luminosa e il restante 60-70% della sua energia si verifica principalmente in un ambiente non forma complessa di radiazione del calore di conversione delle vibrazioni a matrice di punti.
L'aumento della temperatura del chip migliorerà il complesso di non radiazione, indebolendo ulteriormente l'efficienza luminosa. Poiché le persone soggettivamente pensano che i LED ad alta potenza non abbiano calore, in realtà è così. Molto calore causa facilmente molti problemi durante l'uso. Inoltre, molte persone che utilizzano LED ad alta potenza per la prima volta non capiscono come risolvere efficacemente i problemi termici, facendo sì che l'affidabilità della produzione diventi il problema principale. Quindi ecco alcune domande a cui pensare: i LED generano calore? Quanto calore può produrre? Quanto calore genera il LED?
Sotto la tensione diretta del LED, gli elettroni ottengono energia dall'alimentatore. Sotto l'azione del campo elettrico, il campo elettrico della giunzione PN viene superato e avviene la transizione dalla regione N alla regione P. Questi elettroni si ricombinano con le lacune nella regione P. Poiché gli elettroni liberi che vanno alla deriva nella regione P hanno un'energia maggiore rispetto agli elettroni di valenza nella regione P, gli elettroni ritornano ad uno stato a bassa energia durante la ricombinazione e l'energia in eccesso viene rilasciata sotto forma di fotoni. La lunghezza d'onda del fotone emesso è legata alla differenza di energia Eg. Si può vedere che l'area di emissione della luce è principalmente vicino alla giunzione PN e l'emissione di luce è il risultato dell'energia rilasciata dalla ricombinazione di elettroni e lacune. In un diodo a semiconduttore, gli elettroni incontreranno resistenza durante l'intero viaggio dalla zona del semiconduttore alla zona del semiconduttore. Semplicemente dal principio, la struttura fisica del diodo a semiconduttore è semplicemente dal principio, il numero di elettroni emessi dall'elettrodo negativo e gli elettroni restituiti all'elettrodo positivo del diodo a semiconduttore sono uguali. Diodi ordinari, quando si verifica la ricombinazione della coppia elettrone-lacuna, a causa del fattore di differenza del livello di energia Eg, lo spettro dei fotoni rilasciati non è nell'intervallo visibile.
Nel percorso all'interno del diodo, gli elettroni consumano energia a causa della presenza di resistenza. La potenza consumata è conforme alle leggi fondamentali dell'elettronica:
P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH
Note: RN è la resistenza del corpo della zona N
VTH è la tensione di accensione della giunzione PN
RP è la resistenza complessiva della regione P
Il calore generato dall'energia consumata è:
Q = Pt
Dove: è il momento in cui il diodo viene eccitato.
In sostanza, il LED è ancora un diodo a semiconduttore. Pertanto, quando il LED funziona in avanti, il suo processo di funzionamento è conforme alla descrizione di cui sopra. L'energia elettrica consumata è:
LED P = LED U × LED I
Dove: U LED è la tensione diretta attraverso la sorgente luminosa a LED
I LED è la corrente che scorre attraverso il LED
L'energia elettrica consumata viene convertita in calore e rilasciata:
Q＝P LED × t
Note: t è l'ora di accensione
Infatti, l’energia rilasciata quando l’elettrone si ricombina con la lacuna nella regione P non è fornita direttamente dall’alimentatore esterno, ma poiché l’elettrone si trova nella regione N, quando non c’è campo elettrico esterno, il suo livello energetico è più alto rispetto a quello della regione P. Il livello degli elettroni di valenza è superiore a Eg. Quando raggiunge la regione P e si ricombina con le lacune per diventare elettroni di valenza nella regione P, rilascerà così tanta energia. La dimensione di Eg è determinata dal materiale stesso e non ha nulla a che fare con il campo elettrico esterno. Il ruolo dell'alimentazione esterna all'elettrone è quello di spingerlo a muoversi direzionalmente e superare il ruolo della giunzione PN.
La quantità di calore generata da un LED non ha nulla a che fare con l'efficienza luminosa; non esiste alcuna relazione tra la percentuale di energia elettrica che produce luce e la percentuale rimanente di energia elettrica che produce calore. Attraverso la comprensione dei concetti di generazione di calore, resistenza termica e temperatura di giunzione dei LED ad alta potenza e la derivazione di formule teoriche e misurazioni della resistenza termica, possiamo studiare l'effettiva progettazione dell'imballaggio, la valutazione e le applicazioni dei prodotti dei LED ad alta potenza. Va notato che la gestione del calore è una questione chiave nell’attuale fase di bassa efficienza luminosa dei prodotti LED. Il miglioramento fondamentale dell'efficienza luminosa per ridurre la generazione di energia termica è il fondo del bollitore. Ciò richiede la produzione di chip, l’imballaggio dei LED e lo sviluppo di prodotti applicativi. Progresso tecnologico in tutti gli aspetti.
