Vzroki za nastanek toplote LED
Kot pri običajnih svetlobnih virih tudi polprevodniške diode (LED) med delovanjem proizvajajo toploto, odvisno od celotne svetlobne učinkovitosti. Pod delovanjem uporabljene električne energije se sevanje elektronov in lukenj rekombinira, da proizvede elektroluminiscenco, svetloba, ki se seva v bližini PN spoja, pa mora preiti skozi polprevodniški medij in polnilni medij samega čipa, da doseže zunanjost (zrak). Celovita učinkovitost vbrizgavanja toka, kvantna učinkovitost luminiscence sevanja, učinkovitost zunanje ekstrakcije svetlobe čipa itd., Končni le 30-40% vhodne energije v svetlobno energijo, preostalih 60-70% njegove energije pa se pojavlja predvsem v ne- sevanje kompleksna oblika matrične vibracije pretvorba toplote.
Povišanje temperature čipa bo povečalo kompleks brez sevanja, kar bo dodatno oslabilo svetlobno učinkovitost. Ker ljudje subjektivno mislijo, da visoko zmogljive LED diode nimajo toplote, v resnici je tako. Veliko toplote zlahka povzroči številne težave med uporabo. Poleg tega veliko ljudi, ki prvič uporabljajo visoko zmogljive LED diode in ne razumejo, kako učinkovito rešiti toplotne težave, postane glavna težava zanesljivost proizvodnje. Tukaj je nekaj vprašanj, na katera lahko pomislimo: Ali LED-diode proizvajajo kaj toplote? Koliko toplote lahko proizvede? Koliko toplote ustvari LED?
Pod napetostjo LED diode naprej elektroni pridobivajo energijo iz napajalnika. Pod pogonom električnega polja je električno polje PN spoja premagano in pride do prehoda iz območja N v območje P. Ti elektroni se rekombinirajo z luknjami v P regiji. Ker imajo prosti elektroni, ki se premikajo v P regijo, večjo energijo kot valenčni elektroni v P regiji, se elektroni med rekombinacijo vrnejo v nizkoenergijsko stanje, presežna energija pa se sprosti v obliki fotonov. Valovna dolžina izsevanega fotona je povezana z energijsko razliko, npr. Vidimo lahko, da je območje oddajanja svetlobe večinoma blizu PN spoja, oddajanje svetlobe pa je posledica energije, ki se sprosti pri rekombinaciji elektronov in lukenj. V polprevodniški diodi bodo elektroni naleteli na upor med celotno potjo od polprevodniškega območja do polprevodniškega območja. Preprosto iz načela je fizična struktura polprevodniške diode preprosto iz načela, število elektronov, oddanih iz negativne elektrode, in elektronov, vrnjenih na pozitivno elektrodo polprevodniške diode, je enako. Navadne diode, ko pride do rekombinacije parov elektron-luknja, zaradi faktorja razlike nivojev energije Npr., spekter sproščenega fotona ni v vidnem območju.
Na poti znotraj diode elektroni porabljajo moč zaradi prisotnosti upora. Porabljena moč je v skladu z osnovnimi zakoni elektronike:
P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH
Opombe: RN je telesni upor območja N
VTH je vklopna napetost PN spoja
RP je skupni upor območja P
Toplota, ki nastane zaradi porabljene energije, je:
Q = Pt
Kje: t je čas, ko je dioda pod napetostjo.
V bistvu je LED še vedno polprevodniška dioda. Zato, ko LED deluje v smeri naprej, je njen delovni proces v skladu z zgornjim opisom. Električna energija, ki jo porabi je:
P LED = U LED × I LED
Kje je: U LED napetost v smeri naprej na svetlobnem viru LED
I LED je tok, ki teče skozi LED
Porabljena električna energija se pretvori v toploto in sprosti:
Q＝P LED × t
Opombe: t je čas vklopa
Pravzaprav energija, ki se sprosti, ko se elektron rekombinira z luknjo v območju P, ne zagotavlja neposredno zunanje napajanje, ker pa je elektron v območju N, ko ni zunanjega električnega polja, je njegova raven energije višja kot v regiji P. Raven valenčnih elektronov je višja kot npr. Ko doseže območje P in se rekombinira z luknjami, da postanejo valenčni elektroni v območju P, bo sprostilo toliko energije. Velikost Eg določa sam material in nima nobene zveze z zunanjim električnim poljem. Vloga zunanjega napajanja elektrona je, da ga potisne, da se premika v smeri in premaga vlogo PN spoja.
Količina toplote, ki jo ustvari LED, nima nobene zveze s svetlobno učinkovitostjo; ni povezave med tem, koliko odstotkov električne energije proizvede svetlobo, in preostalim odstotkom električne energije, ki proizvede toploto. Z razumevanjem konceptov proizvodnje toplote, toplotne upornosti in temperature spoja visokozmogljivih LED diod ter izpeljavo teoretičnih formul in meritev toplotne upornosti lahko preučujemo dejansko zasnovo embalaže, vrednotenje in uporabo izdelkov visokozmogljivih LED. Opozoriti je treba, da je upravljanje toplote ključno vprašanje na trenutni stopnji nizke svetlobne učinkovitosti izdelkov LED. Bistveno izboljšanje svetlobne učinkovitosti za zmanjšanje proizvodnje toplotne energije je dno kotlička. To zahteva proizvodnjo čipov, pakiranje LED in razvoj aplikacijskih izdelkov. Tehnološki napredek v vseh pogledih.
