與傳統(tǒng)
光源一樣,
半導(dǎo)體發(fā)光二極體(
LED)在工作期間也會(huì)產(chǎn)生
熱量,其多少取決于整體的發(fā)光效率。在外加電能量作用下,
電子和空穴的輻射復(fù)合發(fā)生電致發(fā)光,在P-N結(jié)附近輻射出來的光還需經(jīng)過
芯片(chip)本身的半導(dǎo)體介質(zhì)和
封裝介質(zhì)才能抵達(dá)外界(空氣)。綜合電流注入效率、輻射發(fā)光量子效率、芯片外部光取出效率等,最終大概只有30-40%的輸入電能轉(zhuǎn)化為光能,其餘60-70%的能量主要以非輻射復(fù)合發(fā)生的點(diǎn)陣振動(dòng)的形式轉(zhuǎn)化熱能。
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V? 而芯片溫度的升高,則會(huì)增強(qiáng)非輻射復(fù)合,進(jìn)一步消弱發(fā)光效率。因?yàn),人們主觀上認(rèn)為大功率 LED 沒有熱量,事實(shí)上確有。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(duì)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。那麼,LED 究竟有沒有熱量產(chǎn)生呢?能產(chǎn)生多少熱量呢? LED 產(chǎn)生的熱量究竟有多大?
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3 LED 在正向電壓下,電子從
電源獲得能量,在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下,克服PN 結(jié)的電場(chǎng),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(jià)電子的能量,復(fù)合時(shí)電子回到低能量態(tài),多餘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)。可見,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。一隻半導(dǎo)體二極體,電子在進(jìn)入半導(dǎo)體區(qū)到離開半導(dǎo)體區(qū)的全部路程中,都會(huì)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(fù)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(duì)的復(fù)合是,由于能級(jí)差Eg的因素,釋放的光子
光譜不在可見光范圍內(nèi)。
<%Ostqj )EL!D%<A 電子在二極體內(nèi)部的路途中,都會(huì)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:
qnoNT%xazo P =I2 R =I2(RN ++RP )+I(xiàn)VTH
MH{GR)ng:9 式中:RN 是N 區(qū)體電阻
\uXcLhXN VTH 是PN 結(jié)的開啟電壓
e?Ho a$k RP 是P 區(qū)體電阻
;w%*M}`5 消耗的功率產(chǎn)生的熱量為:
1xbK'i:-S Q = Pt
ooV3gj4 式中:t 為二極體通電的時(shí)間。
^B@Wp *_KFW@bC: 本質(zhì)上,LED 依然是一隻半導(dǎo)體二極體。因此,LED 在正向工作時(shí),它的工作過程符合上面的敍述。它所它所消耗的電功率為:
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