與傳統光源一樣，半導體發光二極體（LED）在工作期間也會產生熱量，其多少取決于整體的發光效率。

在外加電能量作用下，電子和空穴的輻射復合發生電致發光，在PN結附近輻射出來的光還需經過芯片（chip）

本身的半導體介質和封裝介質才能抵達外界（空氣）。綜合電流注入效率、輻射發光量子效率、芯片外部光取

出效率等，最終大概只有30-40％的輸入電能轉化為光能，其余60-70％的能量主要以非輻射復合發生的點陣

振動的形式轉化熱能。

       而芯片溫度的升高，則會增強非輻射復合，進一步消弱發光效率。因為，人們主觀上認為大功率LED沒有熱

量，事實上確有。大量的熱，以至于在使用過程中發生問題。加上很多初次使用大功率LED的人，對熱問題又不

懂如何有效地解決，使得產品可靠性成為主要問題。那么，LED究竟有沒有熱量產生呢？能產生多少熱量呢？

LED產生的熱量究竟有多大？

       LED在正向電壓下，電子從電源獲得能量，在電場的驅動下，克服PN結的電場，由N區躍遷到P區，這些電

子與P區的空穴發生復合。由于漂移到P區的自由電子具有高于P區價電子的能量，復合時電子回到低能量態，

多余的能量以光子的形式放出。發出光子的波長與能量差Eg相關。可見，發光區主要在PN結附近，發光是由于

電子與空穴復合釋放能量的結果。一只半導體二極體，電子在進入半導體區到離開半導體區的全部路程中，都

會遇到電阻。簡單地從原理上看，半導體二極體的物理結構簡單地從原理上看，半導體二極體的物理結構源負

極發出的電子和回到正極的電子數是相等的。普通的二極體，在發生電子－空穴對的復合是，由于能級差Eg的

因素，釋放的光子光譜不在可見光范圍內。

 

 

       電子在二極體內部的路途中，都會因電阻的存在而消耗功率。所消耗的功率符合電子學的基本定律：

P ＝I2 R ＝I2（RN ＋＋RP ）＋IVTH

式中：RN是N區體電阻

VTH是PN結的開啟電壓

RP是P區體電阻

消耗的功率產生的熱量為：

Q ＝ Pt

式中：t為二極體通電的時間。

       本質上，LED依然是一只半導體二極體。因此，LED在正向工作時，它的工作過程符合上面的敘述。它所它

所消耗的電功率為：

P LED = U LED × I LED

式中：U LED是LED光源兩端的正向電壓

I LED是流過LED的電流

這些消耗的電功率轉化為熱量放出：

Q＝P LED × t

式中：t為通電時間

       實際上，電子在P區與空穴復合時釋放的能量，并不是由外電源直接提供的，而是由于該電子在N區時，在

沒有外電場時，它的能級就比P區的價電子能級高出Eg。當它到達P區后，與空穴復合而成為P區的價電子時，它

就會釋放出這么多的能量。 Eg的大小是由材料本身決定的，與外電場無關。外電源對電子的作用只是推動它做

定向移動，并克服PN結的作用。

       LED的產熱量與光效無關；不存在百分之幾的電功率產生光，其余百分之幾的電功率產生熱的關系。透過

對大功率LED熱的產生、熱阻、結溫概念的理解和理論公式的推導及熱阻測量，我們可以研究大功率LED的實

際封裝設計、評估和產品應用。需要說明的是熱量管理是在LED產品的發光效率不高的現階段的關鍵問題，從

根本上提高發光效率以減少熱能的產生才是釜底抽薪之舉，這需要芯片制造、LED封裝及應用產品開發各環節

技術的進步。