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LED 접합 온도 상승 원인과 이를 낮추는 방법
Jul.27.2025
- 고출력 LED 조명 장비의 사용이 증가하고 있습니다. 고출력 LED의 밝기는 실제로 전류에 비례합니다. 동시에 고출력 LED의 순방향 전류는 온도에 따라 변합니다. 본 문서에서는 LED 접합 온도의 원인과 저감 방법에 대해 소개합니다.
- 01
- LED 접합 온도의 원인
- LED 발열의 주요 원인 중 하나는 추가된 전기 에너지가 완전히 빛 에너지로 변환되지 못하고 일부가 열 에너지로 변환되기 때문이다. 현재 시장에 나와 있는 LED의 발광 효율은 약 100lm/W이며, 전광 변환 효율은 여전히 매우 낮아 약 20~30%에 불과하다. 즉, 약 70%의 전기 에너지가 열 에너지의 형태로 낭비된다.
- 일반적으로 LED 접합부 온도(junction temperature)가 발생하는 데에는 두 가지 요인이 있다. 구체적인 내용은 다음과 같다:
- (1) 내부 양자 효율.
- 홀과 전자가 재결합할 때 모든 광자는 생성되지 않는다. 이 현상을 일반적으로 "전류 누설(current leakage)"이라고 부르며, 이는 PN 영역 내 캐리어 재결합률이 감소하는 주된 원인이다. 누설 전압과 전류의 곱은 소산 전력이 되며, 이는 열 에너지로 전환된다. 그러나 이 부분은 주요 요소가 아니다. 현재 기술은 LED의 내부 광자 효율을 90%에 가깝게 만들 수 있기 때문이다.
- (2) 외부 양자 효율은 약 30%에 불과하다.
- 주된 이유는 캐리어 재결합에 의해 생성된 광자가 칩 외부로 완전히 방출되지 못하고 열로 전환되기 때문이다. 백열등의 발광 효율은 약 15lm/W에 불과하지만 전기 에너지를 광에너지 형태로 복사한다. 복사된 에너지 대부분이 적외선이고 발광 효율이 매우 낮지만, 이는 발열 해소 문제를 해결해 준다. LED의 발열 해소 문제는 점차 연구의 핵심 주제가 되고 있다. 그 이유는 LED의 수명 또는 광 감쇠가 직접적으로 접합 온도와 관련되기 때문이다. 발열 해소 문제를 제대로 처리하지 못하면 접합 온도가 과도하게 상승하여 수명이 단축될 수 있다.
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- LED의 접합 온도를 낮추는 방법
- ① 정격 입력 전력 제어;
- ② 우수한 이차 발열 해소 구조 설계;
- ③ 보조 발열 구조와 LED 장착 인터페이스 간의 열 저항을 최소화한다;
- ④ 주변 온도를 낮춘다;
- ⑤ LED 자체의 열 저항을 낮춘다.