در مقاله های پیشین ، انواع مختلفی از پارامترهای الکتریکی و نوری مهم LED ها را بررسی کردیم. همه این پارامترها تحت تأثیر دما و پیری مربوط به دما هستند و این وابستگی ها برای مفید بودن نیاز به توضیحات مفصلی دارند. به همین دلیل ، ما بحث در مورد عملکرد حرارتی LED ها آغاز می کنیم. اندازه گیری دمای LED نگرانی دیگری است. که برای این اندازه گیری نیازمند یک روش ابتکاری و هوشمندانه هستیم.
به یاد آورید که یک LED سفید از تعدادی از اجزای مختلف تشکیل شده است. در آن یک چیپ ال ای دی با نور متصاعد شونده آبی وجود دارد. یک فسفر وجود دارد که بخشی از نور آبی را به نور سفید تبدیل می کند. محفظه سیلیکونی برای محافظت مکانیکی از چیپ ال ای دی و فسفر وجود دارد و سپس بسته بندی ای است که کل مجموعه در آن قرار داده شده است. همه این اجزا به طور بالقوه در عملکرد حرارتی LED ایفای نقش می کنند و هر یک به طرز متفاوتی در پیری گرمایی نیز نقش دارند.
بیایید با چیپ شروع کنیم. از آنجا که مواد مختلفی برای چیپ ال ای دی استفاده می شود ، برخی از تولیدکنندگان انحصاری اطلاعاتی در مورد عملکرد حرارتی آنها ارائه نکرده اند. (عملکرد حرارتی مشخص شده در دیتا شیت ها مربوط به کل LED است نه اجزای منفرد LED.) اما ما می توانیم براساس آنچه در مورد سیلیکون می دانیم حدس هایی علمی بزنیم. مطمئناً حداکثر دمای مطلقی وجود دارد که فراتر از آن چیپ به آسانی از بین می رود. احتمالاً درجه دمای فرار حرارتی ای نیز وجود دارد که در آن قسمتهای خاصی از چیپ گرمتر از سایر قسمتها (نقاط داغ) می شوند و از کار می افتند و باعث از بین رفتن کل چیپ ال ای دی می شوند. سرانجام ، به نظر می رسد که با افزایش پیری حرارتی ، طول موج نور آبی ساطع شده جابجا شود. تغییر احتمالاً اندک است ، اما سپس فسفرها نور را در یک باند بسیار نازک از طول موج جذب می کنند. یک تغییر کوچک در طول موج انتشار ممکن است کافی باشد تا به طور قابل توجهی بر توانایی جذب فسفر در نور تأثیر بگذارد و در نتیجه با پیری حرارتی کارایی کاهش یابد.
فسفرها منبع آشکاری از اثرات دما هستند. آنها برای جذب در یک طول موج خاص تنظیم شده اند ، و این بدیهی است که باید با تحریک حرارتی مولکول ها متفاوت باشد. آنها همچنین با افزایش درجه حرارت از بین می روند که فسفرهای ساطع کننده قرمز از این نظر بدنام هستند . برطرف کردن این مسئله یک تلاش عمده تحقیقاتی برای شرکت های تولید فسفر است. قرار است این محصور کننده از نظر مکانیکی محکم و در عین حال از نظر نوری شفاف باشد. مسئله دوم این است. در ابتدا از اپوکسی استفاده شد. این ماده دارای تعدادی از خواص مطلوب ، از جمله ارزان بودن است. اما با افزایش سن زرد می شود. سپس اپوکسی نیز با سیلیکون جایگزین شد ، اکنون به طور عموم برای LED های با نور بالا استفاده می شود. سیلیکون بهتر از اپوکسی است. اما هنوز یک پلیمر است و در نهایت با گرما و گذر زمان زرد می شود. این امر بر رنگ نور ساطع شده تأثیر می گذارد و راندمان LED را کاهش می دهد (ظاهر مایل به زرد به معنی جذب شدن رنگهای دیگر است).
یافتن فرمولاسیون بهتر تلاش عمده شرکت های تولید کننده این ماده ی محصور کننده است. در سیلیکون ، پکیج معمولاً منشا مشکلات نیست. اما برای LED ها می تواند باشد. اگر پکیج کاملاً منعکس کننده نباشد (و هیچ چیز دیگری وجود نداشته باشد) ، در این صورت نور تا حدی جذب می شود و از بازده کاسته می شود. و همچنین پکیج ها باید ده ها هزار ساعت در دمای بالا سالم بمانند. در بعضی موارد ، پکیج به تدریج زرد می شود و این امر مجدداً بر جذب و انتشار رنگ تأثیر می گذارد. Cree (2010) می گوید: ” حالت اولیه تخریب LED های HB خود پکیج است.” در اینجا دوباره یک ایجاد توازن مهندسی ، بین هزینه بسته در مقابل عملکرد پیری حرارتی است.
