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為什么大功率LED工作時會發(fā)熱？

? 很多人認(rèn)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)?？梢姡l(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(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 ）＋I(xiàn)VTH 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(dá)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(jìn)步。

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為什么大功率LED工作時會發(fā)熱？