1. Quelle est la température de jonction d'une LED ?
La structure de base d'une LED est une jonction semi-conductrice P-N. Les expériences montrent que la température de la jonction P-N augmente, et lorsque le courant traverse l'élément LED, au sens strict, la température de la région de la jonction P-N est définie comme la température de jonction de la LED. Comme les puces d'éléments sont généralement de petite taille, nous pouvons également considérer la température de la puce LED comme étant la température de jonction.
2. Quelles sont les raisons de l'élévation de la température de jonction d'une LED ?
Le fonctionnement des LED provoque l'élévation de la température de jonction pour les cinq raisons suivantes :
A. La structure des électrodes de l'élément est déficiente ; la couche de fenêtre, le substrat ou la région de jonction, le matériau ainsi que l'adhésif conducteur d'argent présentent une certaine valeur de résistance. Ces résistances barrières, additionnées les unes aux autres, constituent la résistance série de l'élément LED. Lorsque le courant traverse la jonction P-N, il traverse également ces résistances, générant ainsi de la chaleur par effet Joule, ce qui provoque l'élévation de la température de la puce ou de la température de jonction.
B. Étant donné que la jonction P-N n'est pas parfaitement idéale, l'efficacité d'injection de l'élément n'atteint pas 100 %. Autrement dit, lors du fonctionnement de la LED, en plus des charges injectées de la zone P vers la zone N (trous), des charges (électrons) sont également injectées de la zone N vers la zone P. Dans des conditions normales, cette injection de charges ne produit pas d'effet photoélectrique et est dissipée sous forme de chaleur. Même pour la partie utile de la charge injectée, toutes ne se transforment pas en lumière ; une partie recombine dans les impuretés ou les défauts de la région de jonction et finira par devenir de la chaleur.
C. La pratique a prouvé que la limite de l'efficacité lumineuse est la raison principale provoquant l'élévation de la température de la jonction des LED. Actuellement, le développement des matériaux avancés et des procédés de fabrication des composants permettra à la grande majorité de l'énergie d'entrée des LED d'être convertie en radiation lumineuse. Cependant, en raison de l'indice de réfraction nettement plus élevé du matériau de la puce LED par rapport au milieu environnant, la plupart des photons générés à l'intérieur de la puce ( 90 %) ne parviennent pas à traverser l'interface ; une réflexion totale se produit à l'interface entre la puce et le milieu, les photons sont renvoyés à l'intérieur de la puce et, après de multiples réflexions internes, sont finalement absorbés par le matériau de la puce ou le substrat, pour se transformer en chaleur sous forme de vibrations du réseau, ce qui provoque l'élévation de la température de la jonction.
D. Apparemment, la capacité de dissipation thermique de l'élément LED est une condition déterminante pour fixer le niveau de la température de la jonction. Lorsque la capacité de refroidissement augmente, la température de la jonction diminue ; à l'inverse, si la capacité de refroidissement est faible, la température de la jonction augmentera. Comme la colle époxy est un matériau à faible conductivité thermique, la chaleur générée à la jonction P-N a du mal à être dissipée vers l'environnement à travers l'époxy transparent. La majeure partie de la chaleur est évacuée vers le bas, à travers le substrat, la pâte d'argent, l'intermédiaire et le tube, les couches de colle époxy, le circuit imprimé (PCB) et le dissipateur thermique. Il est clair que la capacité de conduction thermique des matériaux concernés affectera directement l'efficacité de la perte de chaleur du composant. Pour un LED de type courant, la résistance thermique totale de la région de la jonction P-N à la température ambiante est comprise entre 300 et 600 °C/W. Pour un élément LED de puissance ayant une structure soignée, la résistance totale est d'environ 15 à 30 °C/W. Les énormes différences de résistance thermique entre les LED de type courant indiquent que ces éléments ne peuvent fonctionner correctement que dans des conditions de puissance d'entrée très faible, tandis que la puissance dissipée par les composants de puissance peut être bien plus élevée, atteignant même un niveau de watts supérieur.
3. Réduire la température de la jonction des LED ?
A. Réduire la résistance thermique du propre LED ;
B. Un bon mécanisme de refroidissement secondaire ;
C. Réduire la résistance thermique entre le LED et l'interface d'installation du mécanisme de refroidissement secondaire ;
D. Contrôler la puissance d'entrée nominale ;
E. Baisser la température ambiante
La puissance d'entrée LED est la seule source de l'effet de chaleur de l'élément. Une partie de l'énergie est convertie en radiation de lumière, tandis que le reste finit par se transformer en chaleur, ce qui élève ainsi la température de l'élément. Évidemment, la méthode principale pour réduire l'effet de température des LED est de chercher à améliorer l'efficacité de conversion électro-optique des composants (également connue sous le nom de rendement quantique externe), afin que la majeure partie de la puissance d'entrée soit convertie en énergie lumineuse. Une autre voie importante est de tenter d'améliorer la capacité de dissipation thermique des composants, permettant ainsi à la chaleur générée au niveau de la jonction de se diffuser vers l'environnement environnant par divers moyens.
