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LEDの発熱の原因

Aug 10, 2020

LEDの発熱の原因


従来の光源と同様に、半導体発光ダイオード(LED)も、全体的な発光効率に応じて、動作中に熱を発生します。 印加された電気エネルギーの作用下で、電子と正孔の放射が再結合してエレクトロルミネッセンスを生成し、PN接合の近くで放射された光は、チップ自体の半導体媒体とパッキング媒体を通過して外部(空気)に到達する必要があります。 包括的な電流注入効率、放射線発光量子効率、チップ外部光抽出効率など、光エネルギーへの入力エネルギーの最終的なわずか30〜40%、およびそのエネルギーの残りの60〜70%は主に非ドットマトリックス振動変換熱の放射複合形。

チップ温度の上昇は非放射複合体を強化し、発光効率をさらに弱めます。 人々は主観的に高出力LEDには熱がないと考えているので、実際には熱があります。 熱が多いと、使用中に多くの問題が発生しやすくなります。 また、初めて高出力LEDを使用する人が多く、熱の問題を効果的に解決する方法がわからないため、生産の信頼性が主な問題になっています。そこで、いくつかの質問を考えてみましょう。LEDには熱が発生していますか。 ? どのくらいの熱を発生させることができますか? LEDはどのくらいの熱を発生しますか?

LEDの順方向電圧の下で、電子は電源からエネルギーを取得します。 電界の駆動下で、PN接合の電界が克服され、N領域からP領域への遷移が発生します。 これらの電子は、P領域の正孔と再結合します。 P領域に流れ込む自由電子はP領域の価電子よりもエネルギーが高いため、再結合中に電子は低エネルギー状態に戻り、過剰なエネルギーは光子の形で放出されます。 放出された光子の波長は、エネルギー差に関連しています。 発光領域は主にPN接合の近くにあり、発光は電子と正孔の再結合によって放出されたエネルギーの結果であることがわかります。 半導体ダイオードでは、電子は半導体ゾーンから半導体ゾーンまでの全過程で抵抗に遭遇します。 単純に原理から、半導体ダイオードの物理的構造は単純に原理からであり、半導体ダイオードの負極から放出される電子の数と正極に戻る電子の数は等しい。 通常のダイオードでは、電子正孔対再結合が発生すると、エネルギー準位の差などの要因により、放出された光子スペクトルが可視範囲にありません。

ダイオード内部の途中で、抵抗の存在により電子が電力を消費します。 消費電力は、電子機器の基本法に準拠しています。

P = I2 R = I2(RN {{3}}+RP)+IVTH

注:RNはNゾーンのボディ抵抗です

VTHはPN接合のターンオン電圧です

RPはP領域のバルク抵抗です

消費電力によって生成される熱は次のとおりです。

Q=Pt

ここで、tはダイオードが通電されている時間です。

本質的に、LEDは依然として半導体ダイオードです。 したがって、LEDが順方向に動作している場合、その動作プロセスは上記の説明に準拠しています。 それが消費する電力は次のとおりです。

P LED=ULED×ILED

ここで、U LEDは、LED光源の両端の順方向電圧です。

I LEDは、LEDを流れる電流です。

消費された電力は熱に変換されて放出されます。

Q = PLED×t

注:tは電源投入時間です

実際、電子がP領域の正孔と再結合するときに放出されるエネルギーは、外部電源から直接供給されるわけではありませんが、電子はN領域にあるため、外部電界がない場合、そのエネルギーレベルは高くなります。 P領域のそれより。 価電子レベルは例えばより高い。 それがP領域に到達し、正孔と再結合してP領域の価電子になると、非常に多くのエネルギーを放出します。 Egのサイズは材料自体によって決定され、外部電界とは関係ありません。 電子への外部電源の役割は、電子を押して方向を変え、PN接合の役割を克服することです。

LEDによって生成される熱の量は、光の効率とは関係ありません。 電力の何パーセントが光を生成するかと、残りの電力のパーセンテージが熱を生成するかとの間に関係はありません。 高出力LEDの発熱、熱抵抗、接合部温度の概念を理解し、理論式と熱抵抗測定値を導き出すことで、高出力LEDの実際のパッケージ設計、評価、製品アプリケーションを研究できます。 LED製品の発光効率が低い現段階では、熱管理が重要な問題であることに注意する必要があります。 熱エネルギーの発生を減らすために発光効率を根本的に改善することは、やかんの底です。 これには、チップの製造、LEDパッケージング、およびアプリケーション製品の開発が必要です。 あらゆる面での技術進歩。

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