Šviesos diodų šilumos gamybos priežastys
Kaip ir įprasti šviesos šaltiniai, puslaidininkiniai diodai (LED) taip pat generuoja šilumą veikimo metu, priklausomai nuo bendro šviesos efektyvumo. Veikiant naudojamai elektros energijai, elektronų ir skylių spinduliuotė rekombinuojasi, kad susidarytų elektroliuminescencija, o šalia PN jungties spinduliuojama šviesa turi praeiti per puslaidininkinę terpę ir pačios lusto pakavimo terpę, kad pasiektų išorę (orą). Visapusiškas srovės įpurškimo efektyvumas, spinduliuotės liuminescencijos kvantinis efektyvumas, lusto išorinės šviesos ištraukimo efektyvumas ir kt., galutiniai tik 30–40% įvesties energijos į šviesos energiją, o likę 60–70% jos energijos daugiausia gaunama ne spinduliuotės kompleksinė taškinės matricos virpesių konversijos šilumos forma.
Mikroschemos temperatūros padidėjimas sustiprins neradiacinį kompleksą, dar labiau susilpnindamas šviesos efektyvumą. Kadangi žmonės subjektyviai mano, kad didelės galios šviesos diodai neturi šilumos, iš tikrųjų jie turi. Didelis šilumos kiekis lengvai sukelia daug problemų naudojimo metu. Be to, daugelis žmonių, kurie pirmą kartą naudoja didelės galios šviesos diodus ir nesupranta, kaip efektyviai išspręsti šilumines problemas, todėl gamybos patikimumas tampa pagrindine problema. Taigi čia yra keletas klausimų, apie kuriuos galime pagalvoti: ar šviesos diodai skleidžia šilumą? Kiek šilumos jis gali pagaminti? Kiek šilumos išskiria šviesos diodas?
Esant tiesioginei šviesos diodo įtampai, elektronai gauna energiją iš maitinimo šaltinio. Veikiant elektriniam laukui, įveikiamas PN sandūros elektrinis laukas ir įvyksta perėjimas iš N srities į P sritį. Šie elektronai rekombinuojasi su skylėmis P srityje. Kadangi laisvieji elektronai, dreifuojantys į P sritį, turi didesnę energiją nei valentiniai elektronai P srityje, rekombinacijos metu elektronai grįžta į žemos energijos būseną, o energijos perteklius išsiskiria fotonų pavidalu. Išspinduliuoto fotono bangos ilgis yra susijęs su energijos skirtumu Pvz. Galima pastebėti, kad šviesą skleidžianti sritis daugiausia yra netoli PN sankryžos, o šviesos spinduliavimas yra energijos, išsiskiriančios dėl elektronų ir skylių rekombinacijos, rezultatas. Puslaidininkiniame diode elektronai susidurs su pasipriešinimu per visą kelionę nuo puslaidininkinės zonos iki puslaidininkinės zonos. Tiesiog iš principo puslaidininkinio diodo fizinė struktūra yra tiesiog iš principo, iš neigiamo elektrodo išspinduliuotų elektronų ir į teigiamą puslaidininkinio diodo elektrodą grąžinamų elektronų skaičius yra lygus. Paprastieji diodai, kai vyksta elektronų skylių poros rekombinacija, dėl energijos lygių skirtumo faktoriaus Pvz., išsiskiriantis fotonų spektras nėra matomame diapazone.
Pakeliui į diodą elektronai sunaudoja energiją dėl pasipriešinimo. Naudojama galia atitinka pagrindinius elektronikos dėsnius:
P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH
Pastabos: RN yra N zonos kūno pasipriešinimas
VTH yra PN sankryžos įjungimo įtampa
RP yra P srities tūrinis atsparumas
Sunaudotos energijos sukuriama šiluma:
Q = Pt
Kur: t yra laikas, per kurį įjungiamas diodas.
Iš esmės šviesos diodas vis dar yra puslaidininkinis diodas. Todėl, kai šviesos diodas veikia į priekį, jo darbo procesas atitinka aukščiau pateiktą aprašymą. Jo suvartojama elektros energija yra:
P LED = U LED × I šviesos diodas
Kur: U LED yra tiesioginė įtampa per LED šviesos šaltinį
I LED yra srovė, tekanti per šviesos diodą
Sunaudota elektros energija paverčiama šiluma ir išleidžiama:
Q＝P LED × t
Pastabos: t yra įjungimo laikas
Tiesą sakant, energija, išsiskirianti, kai elektronas rekombinuojasi su skyle P srityje, nėra tiesiogiai gaunama iš išorinio maitinimo šaltinio, bet kadangi elektronas yra N srityje, kai nėra išorinio elektrinio lauko, jo energijos lygis yra didesnis. nei P regiono. Valentinių elektronų lygis yra didesnis nei Pvz. Kai jis pasieks P sritį ir rekombinuosis su skylutėmis, kad taptų valentiniais elektronais P srityje, jis išskirs tiek energijos. Eg dydį lemia pati medžiaga ir jis neturi nieko bendra su išoriniu elektriniu lauku. Išorinio elektrono maitinimo šaltinio vaidmuo yra priversti jį judėti kryptingai ir įveikti PN sandūros vaidmenį.
Šviesos diodo sukuriamas šilumos kiekis neturi nieko bendra su šviesos efektyvumu; nėra ryšio tarp to, kiek procentų elektros energijos gamina šviesą, o likusią elektros energijos dalį – šilumą. Suprasdami didelės galios šviesos diodų šilumos generavimo, šiluminės varžos ir sandūros temperatūros sąvokas bei išvesdami teorines formules ir šiluminės varžos matavimus, galime ištirti faktinį didelės galios šviesos diodų pakuotės dizainą, vertinimą ir gaminių pritaikymą. Reikėtų pažymėti, kad šilumos valdymas yra pagrindinė problema šiuo metu, kai LED gaminių šviesos efektyvumas yra mažas. Iš esmės pagerinantis šviesos efektyvumą, siekiant sumažinti šilumos energijos gamybą, yra virdulio dugnas. Tam reikia lustų gamybos, LED pakavimo ir taikomųjų produktų kūrimo. Technologinė pažanga visais aspektais.
