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綜合電流注入效率、芯片外部光取出效率、輻射發(fā)光量子效率等,最后大概只有30-40%的輸入電能轉(zhuǎn)化為光能,其余60-70%的能量主要以非輻射復合發(fā)生的點陣振動的形式轉(zhuǎn)化熱能。那么,LED究竟有沒有熱量產(chǎn)生呢?能產(chǎn)生多少熱量呢?LED產(chǎn)生的熱量又究竟有多大?

LED產(chǎn)生的熱量究竟有多大!

隨著芯片溫度的升高,就會增強非輻射復合,進一步消弱發(fā)光效率。大量的熱,以至于在使用過程中發(fā)生問題。加上很多初次使用大功率LED的人,對熱問題又不懂如何有效地解決,使得產(chǎn)品可靠性成為主要問題。

LED在正向電壓下,電子從電源獲得能量,在電場的驅(qū)動下,克服PN結(jié)的電場,由N區(qū)躍遷到P區(qū),這些電子與P區(qū)的空穴發(fā)生復合。由于漂移到P區(qū)的自由電子具有高于P區(qū)價電子的能量,復合時電子回到低能量態(tài),多余的能量以光子的形式放出。發(fā)出光子的波長與能量差Eg相關(guān)??梢姡l(fā)光區(qū)主要在PN結(jié)附近,發(fā)光是由于電子與空穴復合釋放能量的結(jié)果。一隻半導體二極體,電子在進入半導體區(qū)到離開半導體區(qū)的全部路程中,都會遇到電阻。簡單地從原理上看,半導體二極體的物理結(jié)構(gòu)簡單地從原理上看,半導體二極體的物理結(jié)構(gòu)源負極發(fā)出的電子和回到正極的電子數(shù)是相等的。普通的二極體,在發(fā)生電子-空穴對的復合是,由于能級差Eg的因素,釋放的光子光譜不在可見光范圍內(nèi)。

電子在二極體內(nèi)部的路途中,都會因電阻的存在而消耗功率。所消耗的功率符合電子學的基本定律:

P=I2R=I2(RN++RP)+IVTH

式中:RN是N區(qū)體電阻

VTH是PN結(jié)的開啟電壓

RP是P區(qū)體電阻

消耗的功率產(chǎn)生的熱量為:

Q=Pt

式中:t為二極體通電的時間。

本質(zhì)上,LED依然是一只半導體二極體。因此,LED在正向工作時,它的工作過程符合上面的敘述。它所它所消耗的電功率為:

PLED=ULED×ILED

式中:ULED是LED光源兩端的正向電壓:

ILED是流過LED的電流

這些消耗的電功率轉(zhuǎn)化為熱量放出:

Q=PLED×t

式中:t為通電時間

實際上,電子在P區(qū)與空穴復合時釋放的能量,并不是由外電源直接提供的,而是由于該電子在N區(qū)時,在沒有外電場時,它的能級就比P區(qū)的價電子能級高出Eg。當它到達P區(qū)后,與空穴復合而成為P區(qū)的價電子時,它就會釋放出這麼多的能量。Eg的大小是由材料本身決定的,與外電場無關(guān)。外電源對電子的作用只是推動它做定向移動,并克服PN結(jié)的作用。

LED的產(chǎn)熱量與光效無關(guān);不存在百分之幾的電功率產(chǎn)生光,其余百分之幾的電功率產(chǎn)生熱的關(guān)系。透過對大功率LED熱的產(chǎn)生、熱阻、結(jié)溫概念的理解和理論公式的推導及熱阻測量,我們可以研究大功率LED的實際封裝設(shè)計、評估和產(chǎn)品應用。需要說明的是熱量管理是在LED產(chǎn)品的發(fā)光效率不高的現(xiàn)階段的關(guān)鍵問題,從根本上提高發(fā)光效率以減少熱能的產(chǎn)生才是釜底抽薪之舉,這需要芯片制造、LED封裝及應用產(chǎn)品開發(fā)各環(huán)節(jié)技術(shù)的進步。

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