Причини виділення тепла світлодіодами
Як і звичайні джерела світла, напівпровідникові діоди (світлодіоди) також виділяють тепло під час роботи, залежно від загальної світлової ефективності. Під дією прикладеної електричної енергії випромінювання електронів і дірок рекомбінує, створюючи електролюмінесценцію, і світло, випромінюване поблизу PN-переходу, має пройти через напівпровідникове середовище та середовище упаковки самого чіпа, щоб досягти зовнішнього середовища (повітря). Загальна ефективність введення струму, квантова ефективність люмінесценції випромінювання, ефективність зовнішнього вилучення світла чіпа тощо, остаточні лише 30-40% вхідної енергії в світлову енергію, а решта 60-70% її енергії в основному відбувається в не- випромінювання складної форми матричного вібраційного перетворення тепла.
Підвищення температури мікросхеми посилить нерадіаційний комплекс, ще більше послаблюючи світлову ефективність. Оскільки люди суб’єктивно думають, що потужні світлодіоди не нагріваються, насправді так і є. Велика кількість тепла легко спричиняє багато проблем під час використання. Крім того, багато людей, які використовують потужні світлодіоди вперше і не розуміють, як ефективно вирішувати теплові проблеми, роблять надійність виробництва основною проблемою. Отже, ось кілька запитань, давайте подумаємо: чи світлодіоди виділяють тепло? Скільки тепла він може виробити? Скільки тепла виділяє світлодіод?
Під прямою напругою світлодіода електрони отримують енергію від джерела живлення. Під дією електричного поля електричне поле PN-переходу долається, і відбувається перехід від області N до області P. Ці електрони рекомбінують з дірками в P-області. Оскільки вільні електрони, що дрейфують у P-область, мають вищу енергію, ніж валентні електрони в P-області, електрони повертаються до низькоенергетичного стану під час рекомбінації, а надлишок енергії виділяється у формі фотонів. Довжина хвилі випромінюваного фотона пов'язана з різницею енергій Eg. Можна побачити, що світловипромінювальна область знаходиться в основному поблизу PN-переходу, а випромінювання світла є результатом енергії, що виділяється в результаті рекомбінації електронів і дірок. У напівпровідниковому діоді електрони будуть зустрічати опір протягом усього шляху від напівпровідникової зони до напівпровідникової зони. Просто з принципу, фізична структура напівпровідникового діода просто з принципу, кількість електронів, випущених з негативного електрода, і електронів, що повертаються до позитивного електрода напівпровідникового діода, однакові. У звичайних діодах, коли відбувається рекомбінація електронно-діркової пари, через фактор різниці рівнів енергії Eg спектр вивільненого фотона не знаходиться у видимому діапазоні.
На шляху всередину діода електрони споживають енергію за рахунок наявності опору. Споживана потужність відповідає основним законам електроніки:
P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH
Примітки: RN – опір тіла зони N
VTH — напруга включення PN-переходу
RP - об'ємний опір області P
Тепло, що виділяється спожитою потужністю, становить:
Q = Pt
Де: t - час, протягом якого діод знаходиться під напругою.
По суті, світлодіод все ще є напівпровідниковим діодом. Тому, коли світлодіод працює в прямому напрямку, його робочий процес відповідає наведеному вище опису. Електрична потужність, яку він споживає, становить:
P LED = U LED × I LED
Де: U LED — пряма напруга на світлодіодному джерелі світла
I LED - це струм, що протікає через світлодіод
Споживана електроенергія перетворюється на тепло і виділяється:
Q＝P LED × t
Примітки: t - час увімкнення
Фактично, енергія, що вивільняється, коли електрон рекомбінує з діркою в P-області, не забезпечується безпосередньо зовнішнім джерелом живлення, але оскільки електрон знаходиться в N-області, коли зовнішнього електричного поля немає, його енергетичний рівень вищий ніж у області P. Рівень валентного електрона вище Eg. Коли він досягне області P і рекомбінується з дірками, щоб стати валентними електронами в області P, він вивільнить стільки енергії. Розмір Eg визначається самим матеріалом і не має нічого спільного із зовнішнім електричним полем. Роль зовнішнього джерела живлення для електрона полягає в тому, щоб підштовхнути його до направленого руху та подолати роль PN-переходу.
Кількість тепла, що виділяється світлодіодом, не має нічого спільного зі світловою ефективністю; немає ніякого зв’язку між тим, який відсоток електроенергії виробляє світло, і який відсоток електроенергії, що залишився, виробляє тепло. Завдяки розумінню концепцій теплогенерації, термічного опору та температури з’єднання потужних світлодіодів, а також виведення теоретичних формул і вимірювань термічного опору ми можемо вивчити фактичний дизайн упаковки, оцінку та застосування потужних світлодіодів. Слід зазначити, що управління теплом є ключовим питанням на поточному етапі низької світлової ефективності світлодіодних виробів. Дно чайника суттєво покращує світлову ефективність для зменшення вироблення тепла. Це вимагає виробництва чіпів, упаковки світлодіодів і розробки прикладних продуктів. Технічний прогрес у всіх аспектах.
