LED- ൻ്റെ താപ ഉൽപാദനത്തിൻ്റെ കാരണങ്ങൾ
പരമ്പരാഗത പ്രകാശ സ്രോതസ്സുകളെപ്പോലെ, അർദ്ധചാലക എമിറ്റിംഗ് ഡയോഡുകളും (എൽഇഡി) പ്രവർത്തന സമയത്ത് താപം സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഇത് മൊത്തത്തിലുള്ള പ്രകാശക്ഷമതയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. പ്രയോഗിച്ച വൈദ്യുതോർജ്ജത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ, ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും ദ്വാരങ്ങളുടെയും വികിരണം വീണ്ടും സംയോജിപ്പിച്ച് ഇലക്ട്രോലുമിനെസെൻസ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു, കൂടാതെ പിഎൻ ജംഗ്ഷനു സമീപം വികിരണം ചെയ്യുന്ന പ്രകാശം ചിപ്പിൻ്റെ അർദ്ധചാലക മാധ്യമത്തിലൂടെയും പാക്കിംഗ് മീഡിയത്തിലൂടെയും കടന്നുപോകേണ്ടതുണ്ട് (വായു). സമഗ്രമായ കറൻ്റ് ഇഞ്ചക്ഷൻ കാര്യക്ഷമത, റേഡിയേഷൻ ലുമിനസെൻസ് ക്വാണ്ടം കാര്യക്ഷമത, ചിപ്പ് എക്സ്റ്റേണൽ ലൈറ്റ് എക്‌സ്‌ട്രാക്ഷൻ കാര്യക്ഷമത മുതലായവ, അന്തിമമായത് 30-40% ഇൻപുട്ട് എനർജി ലൈറ്റ് എനർജിയിലേക്കാണ്, ബാക്കിയുള്ള 60-70% ഊർജ്ജം പ്രധാനമായും സംഭവിക്കുന്നത് നോൺ-ഇൻ ഡോട്ട്-മാട്രിക്സ് വൈബ്രേഷൻ പരിവർത്തന താപത്തിൻ്റെ റേഡിയേഷൻ കോംപ്ലക്സ് രൂപം.
ചിപ്പ് താപനിലയിലെ വർദ്ധനവ് റേഡിയേഷൻ അല്ലാത്ത കോംപ്ലക്സ് വർദ്ധിപ്പിക്കും, ഇത് തിളക്കമുള്ള കാര്യക്ഷമതയെ കൂടുതൽ ദുർബലമാക്കും. ഉയർന്ന പവർ എൽഇഡികൾക്ക് താപമില്ലെന്ന് ആളുകൾ ആത്മനിഷ്ഠമായി ചിന്തിക്കുന്നതിനാൽ, വാസ്തവത്തിൽ അവർ അങ്ങനെ ചെയ്യുന്നു. ധാരാളം ചൂട് എളുപ്പത്തിൽ ഉപയോഗ സമയത്ത് പല പ്രശ്നങ്ങളും ഉണ്ടാക്കുന്നു. കൂടാതെ, ഉയർന്ന പവർ എൽഇഡികൾ ആദ്യമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന പലരും താപ പ്രശ്നങ്ങൾ എങ്ങനെ ഫലപ്രദമായി പരിഹരിക്കാമെന്ന് മനസിലാക്കുന്നില്ല, ഉൽപ്പാദന വിശ്വാസ്യത പ്രധാന പ്രശ്നമായി മാറുന്നു. അതുകൊണ്ട് ഇവിടെ ചില ചോദ്യങ്ങൾ നമുക്ക് ചിന്തിക്കാം: LED-കളിൽ എന്തെങ്കിലും താപം ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നുണ്ടോ? അതിന് എത്ര ചൂട് ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും? LED എത്ര ചൂട് ഉണ്ടാക്കുന്നു?
എൽഇഡിയുടെ ഫോർവേഡ് വോൾട്ടേജിൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾ വൈദ്യുതി വിതരണത്തിൽ നിന്ന് ഊർജ്ജം നേടുന്നു. വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൻ്റെ ഡ്രൈവിംഗിന് കീഴിൽ, പിഎൻ ജംഗ്ഷൻ്റെ വൈദ്യുത മണ്ഡലം മറികടക്കുന്നു, കൂടാതെ എൻ മേഖലയിൽ നിന്ന് പി മേഖലയിലേക്കുള്ള പരിവർത്തനം സംഭവിക്കുന്നു. ഈ ഇലക്ട്രോണുകൾ പി മേഖലയിലെ ദ്വാരങ്ങളുമായി വീണ്ടും സംയോജിക്കുന്നു. പി മേഖലയിലേക്ക് ഒഴുകുന്ന സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് പി മേഖലയിലെ വാലൻസ് ഇലക്ട്രോണുകളേക്കാൾ ഉയർന്ന ഊർജ്ജം ഉള്ളതിനാൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾ വീണ്ടും സംയോജിപ്പിക്കുമ്പോൾ കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജ നിലയിലേക്ക് മടങ്ങുകയും അധിക ഊർജ്ജം ഫോട്ടോണുകളുടെ രൂപത്തിൽ പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്യുന്നു. പുറത്തുവിടുന്ന ഫോട്ടോണിൻ്റെ തരംഗദൈർഘ്യം ഊർജ്ജ വ്യത്യാസവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു ഉദാ. പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന പ്രദേശം പ്രധാനമായും പിഎൻ ജംഗ്ഷനു സമീപമാണെന്നും ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും ദ്വാരങ്ങളുടെയും പുനർസംയോജനത്തിലൂടെ പുറത്തുവരുന്ന ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ ഫലമാണ് പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുന്നതെന്നും കാണാൻ കഴിയും. ഒരു അർദ്ധചാലക ഡയോഡിൽ, അർദ്ധചാലക മേഖലയിൽ നിന്ന് അർദ്ധചാലക മേഖലയിലേക്കുള്ള മുഴുവൻ യാത്രയിലും ഇലക്ട്രോണുകൾ പ്രതിരോധം നേരിടും. തത്ത്വത്തിൽ നിന്ന്, അർദ്ധചാലക ഡയോഡിൻ്റെ ഭൗതിക ഘടന തത്വത്തിൽ നിന്നുള്ളതാണ്, നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിൽ നിന്ന് പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണവും അർദ്ധചാലക ഡയോഡിൻ്റെ പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിലേക്ക് മടങ്ങുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളും തുല്യമാണ്. സാധാരണ ഡയോഡുകൾ, ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ ജോഡി പുനഃസംയോജനം സംഭവിക്കുമ്പോൾ, ഊർജ്ജ നില വ്യത്യാസത്തിൻ്റെ ഘടകം കാരണം, പ്രകാശനം ചെയ്ത ഫോട്ടോൺ സ്പെക്ട്രം ദൃശ്യമായ ശ്രേണിയിലല്ല.
ഡയോഡിനുള്ളിലെ വഴിയിൽ, പ്രതിരോധത്തിൻ്റെ സാന്നിധ്യം മൂലം ഇലക്ട്രോണുകൾ വൈദ്യുതി ഉപയോഗിക്കുന്നു. വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം ഇലക്ട്രോണിക്സിൻ്റെ അടിസ്ഥാന നിയമങ്ങളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു:
P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH
കുറിപ്പുകൾ: N സോണിൻ്റെ ശരീര പ്രതിരോധമാണ് RN
PN ജംഗ്ഷൻ്റെ ടേൺ-ഓൺ വോൾട്ടേജാണ് VTH
പി മേഖലയുടെ ബൾക്ക് റെസിസ്റ്റൻസ് ആണ് RP
ഉപഭോഗം ചെയ്യുന്ന വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന താപം:
Q = പിടി
എവിടെ: t എന്നത് ഡയോഡ് ഊർജ്ജസ്വലമാക്കുന്ന സമയമാണ്.
സാരാംശത്തിൽ, LED ഇപ്പോഴും ഒരു അർദ്ധചാലക ഡയോഡാണ്. അതിനാൽ, LED മുന്നോട്ടുള്ള ദിശയിൽ പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ, അതിൻ്റെ പ്രവർത്തന പ്രക്രിയ മുകളിലുള്ള വിവരണത്തിന് അനുസൃതമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഇത് ഉപയോഗിക്കുന്ന വൈദ്യുത ശക്തി ഇതാണ്:
P LED = U LED × I LED
എവിടെ: എൽഇഡി പ്രകാശ സ്രോതസ്സിലുടനീളം ഫോർവേഡ് വോൾട്ടേജാണ് U LED
എൽഇഡിയിലൂടെ ഒഴുകുന്ന കറൻ്റാണ് ഐ എൽഇഡി
ഉപയോഗിക്കുന്ന വൈദ്യുതോർജ്ജം താപമായി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുകയും പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്യുന്നു:
Q＝P LED × t
കുറിപ്പുകൾ: t എന്നത് പവർ-ഓൺ സമയമാണ്
വാസ്തവത്തിൽ, പി മേഖലയിലെ ദ്വാരവുമായി ഇലക്ട്രോൺ വീണ്ടും സംയോജിപ്പിക്കുമ്പോൾ പുറത്തുവിടുന്ന ഊർജ്ജം ബാഹ്യ വൈദ്യുതി വിതരണം നേരിട്ട് നൽകുന്നില്ല, എന്നാൽ ഇലക്ട്രോൺ N മേഖലയിലായതിനാൽ, ബാഹ്യ വൈദ്യുത മണ്ഡലം ഇല്ലാത്തപ്പോൾ, അതിൻ്റെ ഊർജ്ജ നില കൂടുതലാണ്. പി മേഖലയേക്കാൾ. വാലൻസ് ഇലക്ട്രോൺ ലെവൽ ഉദാ. പി റീജിയണിലെത്തി ദ്വാരങ്ങളുമായി വീണ്ടും സംയോജിച്ച് പി മേഖലയിലെ വാലൻസ് ഇലക്ട്രോണുകളായി മാറുമ്പോൾ, അത് വളരെയധികം ഊർജ്ജം പുറത്തുവിടും. Eg യുടെ വലിപ്പം നിർണ്ണയിക്കുന്നത് മെറ്റീരിയൽ തന്നെയാണ്, കൂടാതെ ബാഹ്യ വൈദ്യുത മണ്ഡലവുമായി യാതൊരു ബന്ധവുമില്ല. ഇലക്ട്രോണിലേക്കുള്ള ബാഹ്യ പവർ സപ്ലൈയുടെ പങ്ക് ദിശയിലേക്ക് നീങ്ങാനും പിഎൻ ജംഗ്ഷൻ്റെ റോളിനെ മറികടക്കാനുമാണ്.
ഒരു LED സൃഷ്ടിക്കുന്ന താപത്തിൻ്റെ അളവിന് പ്രകാശത്തിൻ്റെ കാര്യക്ഷമതയുമായി യാതൊരു ബന്ധവുമില്ല; വൈദ്യുതോർജ്ജത്തിൻ്റെ എത്ര ശതമാനം പ്രകാശം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു, ശേഷിക്കുന്ന വൈദ്യുതോർജ്ജം താപം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു എന്നതിൽ യാതൊരു ബന്ധവുമില്ല. ഉയർന്ന പവർ എൽഇഡികളുടെ താപ ഉൽപ്പാദനം, താപ പ്രതിരോധം, ജംഗ്ഷൻ താപനില, സൈദ്ധാന്തിക സൂത്രവാക്യങ്ങളുടെയും താപ പ്രതിരോധ അളവുകളുടെയും വ്യുൽപ്പന്നം എന്നിവയെക്കുറിച്ചുള്ള ആശയങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കുന്നതിലൂടെ, ഉയർന്ന പവർ എൽഇഡികളുടെ യഥാർത്ഥ പാക്കേജിംഗ് ഡിസൈൻ, മൂല്യനിർണ്ണയം, ഉൽപ്പന്ന ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ എന്നിവ പഠിക്കാൻ കഴിയും. എൽഇഡി ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ കുറഞ്ഞ പ്രകാശക്ഷമതയുടെ നിലവിലെ ഘട്ടത്തിൽ ചൂട് മാനേജ്മെൻ്റ് ഒരു പ്രധാന പ്രശ്നമാണെന്ന് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. താപ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ ഉത്പാദനം കുറയ്ക്കുന്നതിന് അടിസ്ഥാനപരമായി തിളങ്ങുന്ന കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നത് കെറ്റിൽ താഴെയാണ്. ഇതിന് ചിപ്പ് നിർമ്മാണം, എൽഇഡി പാക്കേജിംഗ്, ആപ്ലിക്കേഷൻ ഉൽപ്പന്ന വികസനം എന്നിവ ആവശ്യമാണ്. എല്ലാ മേഖലകളിലും സാങ്കേതിക പുരോഗതി.
