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                LED为什么会产生︾热量?LED发热的主要原因是什么?
                2017-11-11 17:52:54

                LED为什么会产】生热量?LED发热的主要原因是什么?

                 

                与传统光源一样,半导体发光二极体(LED)在工作期间也会产生热量,其多少取决于整体的发光效率。在外加电↓能量作用下,电子和空穴的辐射复合发生电致发光,在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片(chip)本身的半〖导体介质和封装介质才能抵达外界(空气)。综合电流注入效率、辐射发光量子效∩率、芯片外部光取出效率等,最终大概只有⌒ 30-40%的输入电能转化为光能,其余60-70%的能量主要以非辐射复合发生■的点阵振动的形式转化热能。

                 


                而芯片温度的升高,则会增强非①辐射复合,进一步消弱ㄨ发光效率。因为,人们主观上认为大功率LED没有热量,事实上确『有。大量的热,以至于♂在使用过程中发生问题。加上很多初次使用大功率LED的人,对热※问题又不懂如何有效地解决,使得产品可靠性成为主要问题。那么,LED究竟有没有热量产生呢?能产生多少热量呢? LED产生的热量究竟有】多大?


                LED在正向电压下,电子从电源获得能量,在电场的驱々动下,克服PN结的电场,由N区跃迁到P区,这些电子与P区的空穴发生复合。由于漂移到P区的自由电■子具有高于P区价电子的能量,复合□时电子回到低能量态,多余的能量以光子的形式放出。发出光子的波长与能量差Eg相关。可见,发光区主∩要在PN结附近,发□ 光是由于电子与空穴复合释放能量的结果。一只半导体二极体,电子在进入半导体区到离开半导体区的全部路★程中,都会遇到电阻。简单地从原理上看,半导体二极体的物理结构简单地从原理上看,半导体二极体的物理结构源负极发出的电子和回到正极的电子数是相等的。普通『的二极体,在发生电子-空穴对的复合是,由于能级差△Eg的因素,释放的光子▓光谱不在可见光范围内。
                电子在二极体内部的路途中,都会因电阻的存在而消耗功率。所消耗的功率符合电子学的基本▼定律:


                P =I2 R =I2(RN ++RP )+IVTH
                式中:RN是N区体电阻

                VTH是PN结的开启电压
                RP是P区体电阻


                消耗的功率产生的热量为:
                Q = Pt
                式中:t为二极体通@电的时间。


                本质上,LED依然是一只半导体二极㊣体。因此,LED在正向工作时,它的工作过程符◥合上面的叙述。它所它所消耗的电功率为:
                P LED = U LED × I LED
                式中:U LED是LED光源两端的正向电压
                I LED是流过LED的电流

                 

                这些消◥耗的电功率转化为热量放出:
                Q=P LED × t
                式中:t为通╳电时间


                实际上,电子在P区与空穴复合时释放的能量,并不是由外电源直接提供的,而是由于该电子在N区时,在没有外电场时,它的能级就◤比P区的价电子能级高出Eg。当它到达P区后,与空穴复合而成★为P区的价电子时,它就会释放出这么多▽的能量。 Eg的大小是由材料本身决定的,与外电场无关。外电源对电子︻的作用只是推动它做定向移动,并克服PN结的作用。


                LED的产热量与光效无关;不存在百分之几的电功率产生光,其余百分之几的电功率产生热的关系。透过△对大功率LED热的产生、热阻、结温概念的理解和理论公式的推导及●热阻测量,我们可以研究大『功率LED的●实际封装设计、评估和产品应用。需要说明的是热量管@理是在LED产品的发光效率不高的现阶段的关键问题,从根本上提高发光效率以减少热能的产生才是釜底抽薪之举,这需要芯片制造、LED封装及应用产品开发各环节技术的进步。

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