LED-ის სითბოს წარმოქმნის მიზეზები
როგორც ჩვეულებრივი სინათლის წყაროების შემთხვევაში, ნახევარგამტარული გამოსხივების დიოდები (LED) ასევე გამოიმუშავებენ სითბოს მუშაობის დროს, რაც დამოკიდებულია მთლიან მანათობელ ეფექტურობაზე. გამოყენებული ელექტრული ენერგიის გავლენის ქვეშ, ელექტრონების და ხვრელების გამოსხივება ხელახლა აერთიანებს ელექტროლუმინესცენციის წარმოქმნას, ხოლო PN შეერთების მახლობლად გამოსხივებულმა შუქმა უნდა გაიაროს ნახევარგამტარული და თავად ჩიპის შეფუთვა, რომ მიაღწიოს გარედან (ჰაერი). ყოვლისმომცველი დენის ინექციის ეფექტურობა, გამოსხივების ლუმინესცენციის კვანტური ეფექტურობა, ჩიპის გარე სინათლის ექსტრაქციის ეფექტურობა და ა.შ. წერტილოვანი მატრიცის ვიბრაციის გარდაქმნის სითბოს გამოსხივების რთული ფორმა.
ჩიპის ტემპერატურის ზრდა გააძლიერებს არარადიაციულ კომპლექსს, რაც კიდევ უფრო ასუსტებს მანათობელ ეფექტურობას. იმის გამო, რომ ადამიანები სუბიექტურად ფიქრობენ, რომ მაღალი სიმძლავრის LED- ებს არ აქვთ სითბო, სინამდვილეში, მათ აქვთ. დიდი სიცხე ადვილად იწვევს ბევრ პრობლემას გამოყენებისას. გარდა ამისა, ბევრი ადამიანი, ვინც პირველად იყენებს მაღალი სიმძლავრის LED-ებს და არ ესმის, როგორ ეფექტურად გადაჭრას თერმული პრობლემები, რის გამოც წარმოების საიმედოობა ხდება მთავარი პრობლემა. ასე რომ, აქ არის რამდენიმე კითხვა, მოდით ვიფიქროთ: აქვს თუ არა LED- ებს რაიმე სითბო გამომუშავებული? რამდენი სითბოს გამომუშავება შეუძლია? რამდენ სითბოს გამოიმუშავებს LED?
LED-ის წინა ძაბვის ქვეშ ელექტრონები იღებენ ენერგიას ელექტრომომარაგებიდან. ელექტრული ველის მოძრაობით, PN შეერთების ელექტრული ველი გადალახულია და ხდება N რეგიონიდან P რეგიონში გადასვლა. ეს ელექტრონები რეკომბინირებულია ხვრელებს P რეგიონში. ვინაიდან P რეგიონში გადაადგილებულ თავისუფალ ელექტრონებს უფრო მეტი ენერგია აქვთ, ვიდრე ვალენტურ ელექტრონებს P რეგიონში, ელექტრონები უბრუნდებიან დაბალ ენერგეტიკულ მდგომარეობას რეკომბინაციის დროს და ჭარბი ენერგია გამოიყოფა ფოტონების სახით. გამოსხივებული ფოტონის ტალღის სიგრძე დაკავშირებულია ენერგიის განსხვავებასთან მაგ. ჩანს, რომ სინათლის გამოსხივების უბანი ძირითადად არის PN შეერთების მახლობლად, ხოლო სინათლის გამოსხივება ელექტრონების და ხვრელების რეკომბინაციის შედეგად გამოთავისუფლებული ენერგიის შედეგია. ნახევარგამტარულ დიოდში ელექტრონები შეხვდებიან წინააღმდეგობას ნახევარგამტარული ზონიდან ნახევარგამტარულ ზონამდე მთელი მოგზაურობის განმავლობაში. უბრალოდ, პრინციპიდან გამომდინარე, ნახევარგამტარული დიოდის ფიზიკური სტრუქტურა უბრალოდ პრინციპიდან გამომდინარეობს, უარყოფითი ელექტროდიდან გამოსხივებული ელექტრონების რაოდენობა და ნახევარგამტარული დიოდის დადებით ელექტროდში დაბრუნებული ელექტრონები ტოლია. ჩვეულებრივი დიოდები, როდესაც ხდება ელექტრონ-ხვრელების წყვილის რეკომბინაცია, ენერგიის დონის სხვაობის ფაქტორის გამო, მაგ., გამოთავისუფლებული ფოტონის სპექტრი არ არის ხილულ დიაპაზონში.
დიოდის შიგნით მიმავალ გზაზე ელექტრონები მოიხმარენ ენერგიას წინააღმდეგობის არსებობის გამო. მოხმარებული ენერგია შეესაბამება ელექტრონიკის ძირითად კანონებს:
P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH
შენიშვნები: RN არის N ზონის სხეულის წინააღმდეგობა
VTH არის PN შეერთების ჩართვის ძაბვა
RP არის P რეგიონის დიდი წინააღმდეგობა
მოხმარებული ენერგიის მიერ წარმოქმნილი სითბო არის:
Q = Pt
სად: t არის დრო, როდესაც დიოდი ენერგიულია.
არსებითად, LED კვლავ არის ნახევარგამტარული დიოდი. ამიტომ, როდესაც LED მუშაობს წინა მიმართულებით, მისი მუშაობის პროცესი შეესაბამება ზემოთ მოცემულ აღწერას. მისი მოხმარებული ელექტროენერგია არის:
P LED = U LED × I LED
სად: U LED არის წინა ძაბვა LED სინათლის წყაროზე
I LED არის დენი, რომელიც მიედინება LED-ში
მოხმარებული ელექტროენერგია გარდაიქმნება სითბოდ და გამოიყოფა:
Q＝P LED × t
შენიშვნები: t არის ჩართვის დრო
სინამდვილეში, ელექტრონი P რეგიონში ხვრელთან შერწყმისას გამოთავისუფლებული ენერგია პირდაპირ არ არის უზრუნველყოფილი გარე ელექტრომომარაგებით, მაგრამ რადგან ელექტრონი არის N რეგიონში, როდესაც არ არის გარე ელექტრული ველი, მისი ენერგიის დონე უფრო მაღალია. ვიდრე P რეგიონის. ვალენტური ელექტრონის დონე უფრო მაღალია, ვიდრე მაგ. როდესაც ის მიაღწევს P რეგიონს და რეკომბინირებულია ხვრელებთან და გახდება ვალენტური ელექტრონები P რეგიონში, ის გამოყოფს იმდენ ენერგიას. Eg-ის ზომა განისაზღვრება თავად მასალის მიერ და არავითარი კავშირი არ აქვს გარე ელექტრულ ველთან. ელექტრონის გარე ელექტრომომარაგების როლი არის უბიძგოს მას მიმართულებისკენ და გადალახოს PN შეერთების როლი.
LED-ით გამომუშავებული სითბოს რაოდენობას არანაირი კავშირი არ აქვს სინათლის ეფექტურობასთან; არ არსებობს კავშირი ელექტროენერგიის რამდენი პროცენტი აწარმოებს სინათლეს, ხოლო ელექტროენერგიის დარჩენილი პროცენტი წარმოქმნის სითბოს. მაღალი სიმძლავრის LED-ების სითბოს წარმოქმნის, თერმული წინააღმდეგობის და შეერთების ტემპერატურის ცნებების გაგებით და თეორიული ფორმულების და თერმული წინააღმდეგობის გაზომვების გამომუშავებით, ჩვენ შეგვიძლია შევისწავლოთ მაღალი სიმძლავრის LED-ების შეფუთვის რეალური დიზაინი, შეფასება და პროდუქტის გამოყენება. უნდა აღინიშნოს, რომ სითბოს მართვა არის საკვანძო საკითხი LED პროდუქტების დაბალი მანათობელი ეფექტურობის მიმდინარე ეტაპზე. ფუნდამენტურად გაუმჯობესებული მანათობელი ეფექტურობა სითბოს ენერგიის გამომუშავების შესამცირებლად არის ქვაბის ქვედა ნაწილი. ეს მოითხოვს ჩიპების წარმოებას, LED შეფუთვას და აპლიკაციის პროდუქტის განვითარებას. ტექნოლოგიური პროგრესი ყველა ასპექტში.
