LED'in Isı Üretiminin Nedenleri
Geleneksel ışık kaynaklarında olduğu gibi, yarı iletken yayan diyotlar (LED'ler) de genel ışık verimliliğine bağlı olarak çalışma sırasında ısı üretir. Uygulanan elektrik enerjisinin etkisi altında, elektronların ve deliklerin radyasyonu, elektrolüminesans üretmek için yeniden birleşir ve PN bağlantısının yakınında yayılan ışığın, dışarıya (havaya) ulaşmak için yarı iletken ortamdan ve çipin kendisinin paketleme ortamından geçmesi gerekir. Kapsamlı akım enjeksiyon verimliliği, radyasyon lüminesans kuantum verimliliği, çip harici ışık çıkarma verimliliği vb., giriş enerjisinin yalnızca %30-40'ı ışık enerjisine dönüştürülür ve enerjisinin geri kalan %60-70'i esas olarak olmayan bir ortamda oluşur. nokta matris titreşim dönüşüm ısısının radyasyon kompleksi formu.
Çip sıcaklığının artması, radyasyon içermeyen kompleksi artıracak ve ışık verimliliğini daha da zayıflatacaktır. Çünkü insanlar öznel olarak yüksek güçlü LED'lerin ısısının olmadığını düşünüyorlar, aslında öyle. Çok fazla ısı, kullanım sırasında kolayca birçok soruna neden olur. Ayrıca yüksek güçlü LED'leri ilk kez kullanan ve termal sorunların nasıl etkili bir şekilde çözüleceğini anlamayan birçok kişi, üretim güvenilirliğini ana sorun haline getiriyor. İşte düşünmemize izin veren bazı sorular: LED'lerde herhangi bir ısı oluşuyor mu? Ne kadar ısı üretebilir? LED ne kadar ısı üretir?
LED'in ileri voltajı altında elektronlar güç kaynağından enerji alırlar. Elektrik alanının tahriki altında PN eklemindeki elektrik alanı aşılır ve N bölgesinden P bölgesine geçiş meydana gelir. Bu elektronlar P bölgesindeki deliklerle yeniden birleşir. P bölgesine sürüklenen serbest elektronlar, P bölgesindeki valans elektronlarına göre daha yüksek enerjiye sahip olduğundan rekombinasyon sırasında elektronlar düşük enerji durumuna döner ve fazla enerji foton şeklinde açığa çıkar. Yayılan fotonun dalga boyu enerji farkıyla ilişkilidir. Işık yayan alanın esas olarak PN bağlantısına yakın olduğu ve ışık emisyonunun elektronların ve deliklerin rekombinasyonuyla açığa çıkan enerjinin sonucu olduğu görülebilir. Yarı iletken bir diyotta elektronlar, yarı iletken bölgeden yarı iletken bölgeye olan tüm yolculuk boyunca dirençle karşılaşacaktır. Basitçe prensipten, yarı iletken diyotun fiziksel yapısı basitçe prensipten kaynaklanır, negatif elektrottan yayılan elektronların sayısı ve yarı iletken diyotun pozitif elektrotuna geri dönen elektronların sayısı eşittir. Sıradan diyotlarda, örneğin enerji seviyesi farkı faktörü nedeniyle elektron-delik çifti rekombinasyonu meydana geldiğinde, salınan foton spektrumu görünür aralıkta değildir.
Diyotun içine doğru giderken elektronlar direncin varlığından dolayı güç tüketirler. Tüketilen güç, elektroniğin temel yasalarına uygundur:
P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH
Notlar: RN, N bölgesinin vücut direncidir
VTH, PN bağlantısının açılma voltajıdır
RP, P bölgesinin toplu direncidir
Tüketilen gücün ürettiği ısı:
Q = Pt
Burada: t diyotun enerjilendirildiği zamandır.
Aslında LED hala yarı iletken bir diyottur. Bu nedenle LED ileri yönde çalışırken çalışma süreci yukarıdaki açıklamaya uygundur. Tükettiği elektrik gücü:
P LED = U LED × I LED
Burada: U LED, LED ışık kaynağı boyunca ileri voltajdır
I LED, LED'den geçen akımdır
Tüketilen elektrik gücü ısıya dönüştürülür ve serbest bırakılır:
Q=P LED × t
Notlar: t, açılış süresidir
Aslında elektronun P bölgesindeki delikle yeniden birleşmesi sırasında açığa çıkan enerji doğrudan harici güç kaynağı tarafından sağlanmamaktadır ancak elektron N bölgesinde olduğu için harici bir elektrik alanı olmadığında enerji seviyesi daha yüksek olmaktadır. P bölgesine göre daha Değerlik elektron seviyesi Eg'den daha yüksektir. P bölgesine ulaştığında ve P bölgesindeki değerlik elektronları haline gelmek üzere deliklerle yeniden birleştiğinde çok fazla enerji açığa çıkaracaktır. Eg'nin boyutu malzemenin kendisi tarafından belirlenir ve dış elektrik alanıyla hiçbir ilgisi yoktur. Elektrona harici güç kaynağının rolü, onu belirli bir yönde hareket etmeye itmek ve PN bağlantısının rolünün üstesinden gelmektir.
Bir LED'in ürettiği ısı miktarının ışık verimliliğiyle hiçbir ilgisi yoktur; elektrik gücünün yüzde kaçının ışık ürettiği, kalan yüzde kaçının ise ısı ürettiği arasında hiçbir ilişki yoktur. Yüksek güçlü LED'lerin ısı üretimi, termal direnci ve bağlantı sıcaklığı kavramlarının anlaşılması ve teorik formüllerin ve termal direnç ölçümlerinin türetilmesi yoluyla, yüksek güçlü LED'lerin gerçek ambalaj tasarımını, değerlendirilmesini ve ürün uygulamalarını inceleyebiliriz. LED ürünlerinin düşük ışık verimliliğine sahip olduğu mevcut aşamada ısı yönetiminin önemli bir konu olduğu unutulmamalıdır. Isı enerjisi üretimini azaltmak için ışık verimliliğini temel olarak artıran su ısıtıcısının alt kısmıdır. Bu, çip üretimini, LED paketlemeyi ve uygulama ürünü geliştirmeyi gerektirir. Her yönüyle teknolojik ilerleme.
