Oorzaken van de warmteontwikkeling van LED's
Net als bij conventionele lichtbronnen genereren halfgeleider-emitterende diodes (LED's) tijdens bedrijf ook warmte, afhankelijk van de algehele lichtopbrengst. Onder invloed van de toegepaste elektrische energie recombineert de straling van elektronen en gaten om elektroluminescentie te produceren, en het licht dat wordt uitgestraald nabij de PN-overgang moet door het halfgeleidermedium en het verpakkingsmedium van de chip zelf gaan om de buitenkant (lucht) te bereiken. Uitgebreide huidige injectie-efficiëntie, kwantumefficiëntie van stralingsluminescentie, efficiëntie van externe lichtextractie van chips, enz., De laatste slechts 30-40% van de inputenergie in lichtenergie, en de resterende 60-70% van de energie komt voornamelijk voor in een niet- straling complexe vorm van dot-matrix trillingen conversiewarmte.
De stijging van de chiptemperatuur zal het niet-stralingscomplex versterken, waardoor de lichtefficiëntie verder wordt verzwakt. Omdat mensen subjectief denken dat krachtige LED's geen warmte produceren, is dat in werkelijkheid wel het geval. Veel hitte zorgt al snel voor veel problemen tijdens het gebruik. Bovendien begrijpen veel mensen die voor het eerst krachtige LED's gebruiken niet hoe ze thermische problemen effectief kunnen oplossen, waardoor de betrouwbaarheid van de productie het grootste probleem wordt. Dus hier zijn enkele vragen waar we aan kunnen denken: Wordt er warmte gegenereerd door de LED's? Hoeveel warmte kan het produceren? Hoeveel warmte genereert de LED?
Onder de voorwaartse spanning van de LED halen de elektronen energie uit de voeding. Onder invloed van het elektrische veld wordt het elektrische veld van de PN-overgang overwonnen en vindt de overgang van het N-gebied naar het P-gebied plaats. Deze elektronen recombineren met de gaten in het P-gebied. Omdat de vrije elektronen die naar het P-gebied afdrijven een hogere energie hebben dan de valentie-elektronen in het P-gebied, keren de elektronen tijdens recombinatie terug naar een lage energietoestand en komt de overtollige energie vrij in de vorm van fotonen. De golflengte van het uitgezonden foton is gerelateerd aan het energieverschil, bijv. Het is duidelijk dat het lichtemitterende gebied zich voornamelijk in de buurt van de PN-overgang bevindt, en dat de lichtemissie het resultaat is van de energie die vrijkomt door de recombinatie van elektronen en gaten. In een halfgeleiderdiode zullen elektronen tijdens de gehele reis van de halfgeleiderzone naar de halfgeleiderzone weerstand ondervinden. Simpelweg vanuit het principe: de fysieke structuur van de halfgeleiderdiode komt eenvoudigweg voort uit het principe: het aantal elektronen dat wordt uitgezonden door de negatieve elektrode en het aantal elektronen dat wordt teruggestuurd naar de positieve elektrode van de halfgeleiderdiode is gelijk. Gewone diodes, wanneer recombinatie van elektron-gatparen plaatsvindt, als gevolg van de factor energieniveauverschil. Bijvoorbeeld, het vrijgekomen fotonenspectrum bevindt zich niet in het zichtbare bereik.
Op weg naar de diode verbruiken elektronen stroom vanwege de aanwezigheid van weerstand. Het verbruikte vermogen voldoet aan de basiswetten van de elektronica:
P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH
Opmerkingen: RN is de lichaamsweerstand van de N-zone
VTH is de inschakelspanning van de PN-overgang
RP is de bulkweerstand van het P-gebied
De warmte die wordt gegenereerd door de verbruikte stroom is:
Q = Pt
Waarbij: t de tijd is dat de diode wordt bekrachtigd.
In wezen is de LED nog steeds een halfgeleiderdiode. Wanneer de LED in voorwaartse richting werkt, voldoet het werkproces daarom aan de bovenstaande beschrijving. Het elektrische vermogen dat het verbruikt is:
P-LED = U-LED × I-LED
Waarbij: U LED is de voorwaartse spanning over de LED-lichtbron
I LED is de stroom die door de LED vloeit
De verbruikte elektrische energie wordt omgezet in warmte en vrijgegeven:
Q=P LED × t
Opmerkingen: t is de inschakeltijd
In feite wordt de energie die vrijkomt wanneer het elektron recombineert met het gat in het P-gebied niet rechtstreeks geleverd door de externe stroomvoorziening, maar omdat het elektron zich in het N-gebied bevindt en er geen extern elektrisch veld is, is zijn energieniveau hoger. dan die van de P-regio. Valentie-elektronenniveau is hoger dan bijv. Wanneer het het P-gebied bereikt en recombineert met gaten om valentie-elektronen in het P-gebied te worden, zal het zoveel energie vrijgeven. De grootte van Eg wordt bepaald door het materiaal zelf en heeft niets te maken met het externe elektrische veld. De rol van de externe voeding voor het elektron is om het in een richting te laten bewegen en de rol van de PN-overgang te overwinnen.
De hoeveelheid warmte die door een LED wordt gegenereerd, heeft niets te maken met de lichtefficiëntie; er is geen verband tussen het percentage elektrisch vermogen dat licht produceert, en het resterende percentage elektrisch vermogen dat warmte produceert. Door het begrijpen van de concepten van warmteopwekking, thermische weerstand en junctietemperatuur van krachtige LED's en de afleiding van theoretische formules en thermische weerstandsmetingen, kunnen we het feitelijke verpakkingsontwerp, de evaluatie en producttoepassingen van krachtige LED's bestuderen. Opgemerkt moet worden dat warmtebeheer een sleutelprobleem is in de huidige fase van de lage lichtopbrengst van LED-producten. Het fundamenteel verbeteren van de lichtefficiëntie om de opwekking van warmte-energie te verminderen is de bodem van de ketel. Dit vereist chipproductie, LED-verpakkingen en ontwikkeling van applicatieproducten. Technologische vooruitgang in alle aspecten.
