分析LED產生熱量的原因

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化熱能。

而芯片溫度的升高，則會增強非輻射復合，進一步消弱發(fā)光效率。因為，人們主觀上認為大功率LED沒有熱量，事實上確有。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，對熱問題又不懂如何有效地解決，使得產品可靠性成為主要問題。那么，LED究竟有沒有熱量產生呢?能產生多少熱量呢?LED產生的熱量究竟有多大?

LED在正向電壓下，電子從電源獲得能量，在電場的驅動下，克服PN結的電場，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?？梢?，發(fā)光區(qū)主要在PN結附近，發(fā)光是由于電子與空穴復合釋放能量的結果。一b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構簡單地從原理上看，半導體二極體的物理結構源負極發(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。

電子在二極體內部的路途中，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結的開啟電壓

RP是P區(qū)體電阻

消耗的功率產生的熱量為：

Q=Pt

式中：t為二極體通電的時間。

本質上，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N多的能量。Eg的大小是由材料本身決定的，與外電場無關。外電源對電子的作用只是推動它做定向移動，并克服PN結的作用。

LED的產熱量與光效無關；不存在百分之幾的電功率產生光，其余百分之幾的電功率產生熱的關S。透過對大功率LED熱的產生、熱阻、結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的實際封裝設計、評估和產品應用。需要說明的是熱量管理是在LED產品的發(fā)光效率不高的現(xiàn)階段的關鍵問題，從根本上提高發(fā)光效率以減少熱能的產生才是釜底抽薪之舉，這需要芯片制造、LED封裝及應用產品開發(fā)各環(huán)節(jié)技術的進步。