LED为什么会产生热量-LED发热的几个主要原因是什么-[LED照明]

LED为什么会产生热量?LED发热的几个主要原因是什么?
与传统光源一样，半导体发光二极体（LED）在工作期间也会产生热量，其多少取决于整体的发光效率。

在外加电能量作用下，电子和空穴的辐射复合发生电致发光，在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片（chip）本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界（空气）。

综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等，最终大概只有30-40％的输入电能转化为光能，其余60-70％的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。

而芯片温度的升高，则会增强非辐射复合，进一步消弱发光效率。

因为，人们主观上认为大功率LED没有热量，事实上确有。

大量的热，以至于在使用过程中发生问题。

加上很多初次使用大功率LED的人，对热问题又不懂如何有效地解决，使得产品可靠性成为主要问题。

那么，LED究竟有没有热量产生呢？能产生多少热量呢？LED产生的热量究竟有多大？
LED在正向电压下，电子从电源获得能量，在电场的驱动下，克服PN结的电场，由N区跃迁到P区，这些电子与P区的空穴发生复合。

由于漂移到P区的自由电子具有高于P区价电子的能量，复合时电子回到低能量态，多余的能量以光子的形式放出。

发出光子的波长与能量差Eg相关。

可见，发光区主要在PN结附近，发光是由于电子与空
穴复合释放能量的结果。

一只半导体二极体，电子在进入半导体区到离开半导体区的全部路程中，都会遇到电阻。

简单地从原理上看，半导体二极体的物理结构简单地从原理上看，半导体二极体的物理结构源负极发出的电子和回到正极的电子数是相等的。

普通的二极体，在发生电子－空穴对的复合是，由于能级差Eg的因素，释放的光子光谱不在可见光范围内。

电子在二极体内部的路途中，都会因电阻的存在而消耗功率。

所消耗的功率符合电子学的基本定律：
P ＝I2 R ＝I2（RN ＋＋RP ）＋IVTH
式中：RN是N区体电阻
VTH是PN结的开启电压
RP是P区体电阻
消耗的功率产生的热量为：
Q ＝Pt
式中：t为二极体通电的时间。

本质上，LED依然是一只半导体二极体。

因此，LED在正向工作时，它的工作过程符合上面的叙述。

它所它所消耗的电功率为：
P LED = U LED ×I LED
式中：U LED是LED光源两端的正向电压
I LED是流过LED的电流
这些消耗的电功率转化为热量放出：
Q＝P LED ×t
式中：t为通电时间
实际上，电子在P区与空穴复合时释放的能量，并不是由外电源直接提供的，而是由于该电子在N区时，在没有外电场时，它的能级就比P区的价电子能级高出Eg。

当它到达P区后，与空穴复合而成为P 区的价电子时，它就会释放出这么多的能量。

Eg的大小是由材料本身决定的，与外电场无关。

外电源对电子的作用只是推动它做定向移动，并克服PN结的作用。

LED的产热量与光效无关；不存在百分之几的电功率产生光，其余百分之几的电功率产生热的关系。

透过对大功率LED热的产生、热阻、结温概念的理解和理论公式的推导及热阻测量，我们可以研究大功率LED的实际封装设计、评估和产品应用。

需要说明的是热量管理是在LED产品的发光效率不高的现阶段的关键问题，从根本上提高发光效率以减少热能的产生才是釜底抽薪之举，这需要芯片制造、LED封装及应用产品开发各环节技术的进步。

责任编辑：zyg
led的五大主要应用及各应用专题
应用一：背光源LCD背光源市场是LED产品的最大应用市场之一，主要集中在TFT彩屏的背光。

LED背光源具有良好的显色特性且环保，是LCD背光源市场的主流。

LED 背光源在手机等PDA产品上已成功应用，2004年已有超过百亿元的市场。

近几年手机产量增长放缓，同时OLED成本低，有替代小尺寸LCD的趋势，预计小尺寸LCD背光源需求的绝对值虽仍很大，但增幅下降。

LED背光源未来市场热点将在大尺寸的LCD市场，并伴随着LCD平板显示市场的快速发展，保持高速增长。

同时发达国家已开始制定法规限制非环保的CCFL管的使用，又将刺激LED背光源的更快发展。

目前7英寸屏的LED背光已成熟，随着LED发光效率的不断提高，必将应用于更大尺寸LCD屏的笔记本电脑、电脑显示器和LCD-TV中，市场潜力无限。

据报道，OSRAM近期已推出一款82 英寸的LED背光源概念产品，可产生每平方米10000cd的亮度，色饱和度较传统的CCFL光源提高50%。

应用二：汽车汽车也将是LED产品高成长的市场。

由于LED灯具有省电、小型且可平面化安装、响应快速、易于计算机控制、抗震性等优点，发达国家都在大力开发车用LED灯。

应用范围从车内的显示面板、装饰灯、照明灯，到车外的刹车灯、转向灯、指示灯等。

国际几家著名照明公司均已推出了车前大灯的概念产品，最新报道日本西铁成电子公司已开发成功适合用于车灯的LED模块，3.5W可产生245lm的光束。

因汽车市场门槛高，目前车用LED市场主要被HP、OSRAM、SIEMENS以及几家日本公司占据，我国台湾光电企业也占有一部分市场份额。

今年我国汽车产量排行世界第三，后续还将高速增长，因此开发LED产品的汽车市场大有作为。

应用三：光色照明光色照明市场主要包括室外景观照明市场和室内装饰照明市场。

室外景观照明市场主要由护栏灯、大功率投光灯、数码墙、地埋灯、树型灯、彩灯等构成，是目前国内较热的一块市场，特别是国家五大照明工程示范基地的建设，各地政府均给予重点支持，有力地推动了LED照明产业的发展，如厦门市政府抓住今年4月2005中国(厦门)
国际半导体照明论坛以及9月投资贸易洽谈会的有利时机，完成两项LED照明示范工程，取得圆满成功，扩大了厦门LED照明工程示范基地的影响力，接着又乘势推出2006年春节亮灯工程，给当地光电企业提供了极好的发展机会。

2008年北京的奥运会和2010年上海的世博会还将进一步拉动LED光色市场的成长。

但要追求完美，整体效果上一个档次，景观设计是关键。

室内装饰照明市场目前主要集中在室内气氛照明的应用，充分利用LED灯便于智能控制、色彩丰富的特点，在酒吧、商场等地均能起到制造气氛的效果。

在LED发光效率达到一定水平时，LED灯通过智能控制可以实现色温可调，届时人们可以根据心情选择最佳的气氛照明，极大地提高人们的生活品质，创出巨大的市场机会。

应用四：特种照明灯特种照明灯市场，发挥LED灯低功耗、驱动电压小、冷光源、紫外成分低、单色性等特点，实现各种特种照明功能，主要品种有防爆灯(含矿灯)、军用特种灯、闪光灯、应急灯、手电筒、文物与艺术品照明灯、皮革与首饰装饰灯、特种医疗用灯、农作物生长用灯、太阳能LED 灯等等。

其中，国家安全生产管理办公室已下
文要求所有煤矿全部使用LED矿灯，手机、数码相机正逐步扩大使用LED闪光灯，预示着这两种LED产品将呈现巨大的市场发展机会。

太阳能LED灯是节能的LED与太阳能电池的结合，是个绝配的产品，是个真正体现国家倡导的循环经济理念的好产品。

目前市场热点主要集中在太阳能高杆路灯，国内已有多家企业开发出以1WLED为单元的50W～80WLED模组，一旦能够实现真正意义上的商品化产品，将会产生极大的经济效益和社会效益。

应用五：传统市场传统市场主要包含显示屏市场和信号灯市场。

显示屏市场，2004年在我国就有约30亿元的市场，目前智能交通信息显示兴起以及更多社区和企业都选择LED显示屏做宣传，该市场每年仍保持20%的速度增长。

信号灯市场，2004年仅国内道路交通灯就有6亿元的市场，LED灯固有的方向性特点以及LED发光效率的逐年提高，将推动铁路、机场、航运等LED信号灯应用的发展。

产业论语如何提升市场机会随着LED性能的不断提高以及人们的创新能力和创新意识的不断提升，LED产品的应用市场将会出现更多更大更好的市场机会。

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