สาเหตุของการสร้างความร้อนของ LED

สาเหตุของการสร้างความร้อนของ LED

เช่นเดียวกับแหล่งกำเนิดแสงทั่วไป ไดโอดเปล่งแสง (LED) ของเซมิคอนดักเตอร์ยังสร้างความร้อนระหว่างการทำงาน ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพการส่องสว่างโดยรวม ภายใต้การกระทำของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ การแผ่รังสีของอิเล็กตรอนและรูจะรวมตัวกันอีกครั้งเพื่อสร้างอิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์ และแสงที่แผ่ออกมาใกล้กับจุดเชื่อมต่อ PN จะต้องผ่านตัวกลางเซมิคอนดักเตอร์และตัวกลางการอัดตัวของชิปเพื่อเข้าถึงภายนอก (อากาศ) ประสิทธิภาพการฉีดในปัจจุบันที่ครอบคลุม ประสิทธิภาพควอนตัมการเรืองแสงของรังสี ประสิทธิภาพการสกัดแสงภายนอกของชิป ฯลฯ สุดท้ายเพียง 30-40% ของพลังงานอินพุตเป็นพลังงานแสง และส่วนที่เหลืออีก 60-70% ของพลังงานส่วนใหญ่เกิดขึ้นใน รูปแบบที่ซับซ้อนของการแผ่รังสีของความร้อนการแปลงการสั่นสะเทือนแบบดอทเมทริกซ์

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิชิปจะช่วยเพิ่มความซับซ้อนของการไม่มีรังสี และทำให้ประสิทธิภาพการส่องสว่างลดลงอีก เนื่องจากผู้คนมักคิดว่า LED กำลังสูงไม่มีความร้อน จริงๆ แล้วเป็นเช่นนั้น ความร้อนที่มากทำให้เกิดปัญหามากมายระหว่างการใช้งานได้ง่าย นอกจากนี้ ผู้คนจำนวนมากที่ใช้ LED กำลังสูงเป็นครั้งแรกและไม่เข้าใจว่าวิธีแก้ปัญหาความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพทำให้ความน่าเชื่อถือในการผลิตกลายเป็นปัญหาหลัก ต่อไปนี้เป็นคำถามบางส่วนให้เรานึกถึง: ไฟ LED มีความร้อนเกิดขึ้นหรือไม่? สามารถผลิตความร้อนได้เท่าไร? LED สร้างความร้อนได้เท่าไร?

ภายใต้แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของ LED อิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ ภายใต้การขับเคลื่อนของสนามไฟฟ้า สนามไฟฟ้าของจุดเชื่อมต่อ PN จะถูกเอาชนะ และการเปลี่ยนจากบริเวณ N ไปเป็นบริเวณ P จะเกิดขึ้น อิเล็กตรอนเหล่านี้รวมตัวกันอีกครั้งกับรูในบริเวณ P เนื่องจากอิเล็กตรอนอิสระที่ลอยเข้าสู่บริเวณ P มีพลังงานสูงกว่าเวเลนซ์อิเล็กตรอนในบริเวณ P อิเล็กตรอนจึงกลับสู่สถานะพลังงานต่ำในระหว่างการรวมตัวกันอีกครั้ง และพลังงานส่วนเกินจะถูกปล่อยออกมาในรูปของโฟตอน ความยาวคลื่นของโฟตอนที่ปล่อยออกมามีความสัมพันธ์กับความแตกต่างของพลังงาน เช่น จะเห็นได้ว่าพื้นที่เปล่งแสงส่วนใหญ่อยู่ใกล้กับทางแยก PN และการปล่อยแสงเป็นผลมาจากพลังงานที่ปล่อยออกมาจากการรวมตัวกันใหม่ของอิเล็กตรอนและรู ในไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ อิเล็กตรอนจะพบกับความต้านทานในระหว่างการเดินทางทั้งหมดจากโซนเซมิคอนดักเตอร์ไปยังโซนเซมิคอนดักเตอร์ จากหลักการง่ายๆ โครงสร้างทางกายภาพของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์นั้นมาจากหลักการง่ายๆ คือจำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากอิเล็กโทรดลบและอิเล็กตรอนที่ส่งกลับไปยังอิเล็กโทรดบวกของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์จะเท่ากัน ไดโอดธรรมดา เมื่อคู่อิเล็กตรอน-รูรวมตัวกันอีกครั้ง เนื่องจากปัจจัยของระดับพลังงานที่แตกต่างกัน เช่น สเปกตรัมโฟตอนที่ปล่อยออกมาไม่อยู่ในช่วงที่มองเห็นได้

ระหว่างทางเข้าไปในไดโอด อิเล็กตรอนจะใช้พลังงานเนื่องจากมีความต้านทาน พลังงานที่ใช้เป็นไปตามกฎหมายพื้นฐานของอิเล็กทรอนิกส์:

P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH

หมายเหตุ: RN คือความต้านทานของร่างกายของโซน N

VTH คือแรงดันไฟฟ้าเปิดของจุดเชื่อมต่อ PN

RP คือความต้านทานจำนวนมากของบริเวณ P

ความร้อนที่เกิดจากพลังงานที่ใช้คือ:

ถาม = พอยต์

โดยที่: t คือเวลาที่ไดโอดถูกจ่ายไฟ

โดยพื้นฐานแล้ว LED ยังคงเป็นไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ ดังนั้น เมื่อ LED ทำงานในทิศทางไปข้างหน้า กระบวนการทำงานจึงเป็นไปตามคำอธิบายข้างต้น พลังงานไฟฟ้าที่ใช้คือ:

P LED = U LED × I LED

โดยที่: U LED คือแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าผ่านแหล่งกำเนิดแสง LED

I LED คือกระแสที่ไหลผ่าน LED

พลังงานไฟฟ้าที่ใช้จะถูกแปลงเป็นความร้อนและปล่อยออกมา:

Q＝P LED × เสื้อ

หมายเหตุ: t คือเวลาเปิดเครื่อง

ในความเป็นจริง พลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่ออิเล็กตรอนรวมตัวกับรูในบริเวณ P นั้นไม่ได้มาจากแหล่งจ่ายไฟภายนอกโดยตรง แต่เนื่องจากอิเล็กตรอนอยู่ในบริเวณ N เมื่อไม่มีสนามไฟฟ้าภายนอก ระดับพลังงานของมันจะสูงขึ้น มากกว่าภูมิภาค P ระดับวาเลนซ์อิเล็กตรอนสูงกว่าเช่น เมื่อไปถึงบริเวณ P และรวมตัวใหม่กับรูจนกลายเป็นเวเลนซ์อิเล็กตรอนในบริเวณ P มันจะปล่อยพลังงานออกมาจำนวนมาก ขนาดของ Eg นั้นถูกกำหนดโดยตัววัสดุเอง และไม่เกี่ยวข้องกับสนามไฟฟ้าภายนอก บทบาทของแหล่งจ่ายไฟภายนอกให้กับอิเล็กตรอนคือการผลักดันให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางและเอาชนะบทบาทของจุดเชื่อมต่อ PN

ปริมาณความร้อนที่เกิดจาก LED ไม่เกี่ยวอะไรกับประสิทธิภาพของแสง ไม่มีความสัมพันธ์ระหว่างเปอร์เซ็นต์ของพลังงานไฟฟ้าที่ก่อให้เกิดแสง และเปอร์เซ็นต์ของพลังงานไฟฟ้าที่เหลือที่ก่อให้เกิดความร้อน ด้วยความเข้าใจแนวคิดเรื่องการสร้างความร้อน ความต้านทานความร้อน และอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อของ LED กำลังสูง และการได้มาของสูตรทางทฤษฎีและการวัดความต้านทานความร้อน เราจึงสามารถศึกษาการออกแบบบรรจุภัณฑ์ การประเมิน และการใช้งานผลิตภัณฑ์ของ LED กำลังสูงได้จริง ควรสังเกตว่าการจัดการความร้อนเป็นประเด็นสำคัญในขั้นตอนปัจจุบันของผลิตภัณฑ์ LED ประสิทธิภาพการส่องสว่างต่ำ การปรับปรุงประสิทธิภาพการส่องสว่างโดยพื้นฐานเพื่อลดการสร้างพลังงานความร้อนอยู่ที่ด้านล่างของกาต้มน้ำ ซึ่งจำเป็นต้องมีการผลิตชิป บรรจุภัณฑ์ LED และการพัฒนาผลิตภัณฑ์การใช้งาน ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในทุกด้าน