很多人認為大功率LED沒有熱量,但是大功率LED是有熱量的。大量的熱使用過程中發(fā)生問題。很多剛剛使用大功率LED的人,對熱問題又不懂,要如何有效地解決,使得產(chǎn)品可靠性成為主要問題。那么下面說說相關(guān)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(fù)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(fù)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?,發(fā)光區(qū)主要在PN結(jié)附近,發(fā)光是由于電子與空穴復(fù)合釋放能量的結(jié)果。一只半導(dǎo)體二極體,電子在進入半導(dǎo)體區(qū)到離開半導(dǎo)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(dǎo)體二極體的物理結(jié)構(gòu)簡單地從原理上看,半導(dǎo)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(fù)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(xué)的基本定律: P =I2 R =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(dǎo)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:P LED = U LED × I LED式中:U LED是LED光源兩端的正向電壓 I LED是流過LED的電流這些消耗的電功率轉(zhuǎn)化為熱量放出:Q=P LED × t式中:t為通電時間。
實際上,電子在P區(qū)與空穴復(fù)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(dāng)它到達P區(qū)后,與空穴復(fù)合而成為P區(qū)的價電子時,它就會釋放出這么多的能量。 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(dǎo)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(yīng)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(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)各環(huán)節(jié)技術(shù)的進步。
江先生 / 13929437849
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