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LED接合部温度上昇の原因とその低減方法
Jul.27.2025
- 高出力LED照明装置の使用は増加しています。高出力LEDの明るさは実際には電流に比例しています。同時に、高出力LEDの順方向電流は温度によって変化します。この記事では、LEDの接合部温度の原因と、その低減方法について説明します。
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- LED接合部温度の原因
- LED発熱の大きな原因の一つは、加えられた電気エネルギーが完全に光エネルギーに変換されず、一部が熱エネルギーに変換されてしまうことです。現在市場にあるLEDの発光効率は約100ルーメン／ワット（lm/W）であり、その電気光学変換効率は依然として非常に低く、約20～30％程度です。つまり、約70％の電気エネルギーが熱エネルギーの形で無駄にされています。
- 一般的に、LED接合部温度が発生する原因は次の2つの要因があります。詳細は以下の通りです：
- (1) 内部量子効率。
- ホールと電子が再結合するとき、すべての光子が生成されるわけではない。これは通常「電流漏れ（リーク電流）」と呼ばれており、PN領域でのキャリア再結合率が減少する原因である。リーク電圧と電流の積が消費電力であり、これは熱エネルギーに変換される。ただし、この部分は主要な要素ではない。現在の技術では、LEDの内部量子効率を90％近くまで高めることができるからである。
- (2) 外部量子効率は約30％程度である。
- 主な理由は、キャリア再結合によって生成された光子をチップ外部に完全に放出することができず、熱に変換してしまうためです。白熱灯の発光効率は約15lm/Wと非常に低いですが、電気エネルギーを光エネルギーとして放射します。放射されるエネルギーの多くは赤外線であり、発光効率が非常に低いという欠点がありますが、放熱の問題は解消されます。LEDの放熱の問題は徐々に研究のホットスポットとなっています。その理由は、LEDの寿命や光減衰が直接接合温度に関係しているためです。放熱対策が適切でないと、接合温度が高くなりすぎ、寿命が短くなる恐れがあります。
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- LEDの接合温度を下げる方法
- ① 入力電力の定格を制御する；
- ② 良質な二次放熱構造を設計する；
- ③ セカンダリ放熱構造とLED取付インターフェースとの間の熱抵抗を最小限に抑えること;
- ④ 周囲温度を下げる;
- ⑤ LED自体の熱抵抗を低減すること。