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淺析LED燈具發熱及散熱塗料應用
發布日期: 2016年4月11日 點擊: 478 責任編輯: 本站

隨著近些年來LED技術作為新一代照明技術受到了廣泛關注,LED功率加大,散熱問題也就越來越被人重視。誌盛威華散熱塗料的研究人員長期觀察發現,這是因為LED的光衰或其壽命是直接和其結溫有關,散熱不好結溫就高,壽命就短。

與以往使用的白熾燈和熒光燈不同,它們的能量損失雖大,但是大部分能量都是通過紅外線直接放射出去,光源的發熱少;而LED,除了作為可視光消耗的能量,其它能量都轉換成了熱。又由於近年來,電子產品逐漸向高密度,高集成度發展,LED產品也不例外,所以解決LED散熱問題成為當今提高LED性能,發展LED產業的主要問題。

LED發熱的原因:

LED發熱的原因是因為所加入的電能並沒有全部轉化為光能,而是一部分轉化成為熱能。LED的光效目前隻有100lm/W,其電光轉換效率大約隻有20~30%左右。也就是說大約70%的電能都變成了熱能。

具體來說,LED結溫的產生是由於兩個因素所引起的:

內部量子效率不高,也就是在電子和空穴複合時,並不能100%都產生光子,通常稱為由“電流泄漏”而使PN區載流子的複合率降低。泄漏電流乘以電壓就是這部分的功率,也就是轉化為熱能,但這部分不占主要成分,因為現在內部光子效率已經接近90%。
內部產生的光子無法全部射出到芯片外部而最後轉化為熱量,這部分是主要的,因為目前這種稱為外部量子效率隻有30%左右,大部分都轉化為熱量了。

就如前文所說雖然白熾燈的光效很低,隻有15lm/W左右,但是它幾乎將所有的電能都轉化為光能而輻射出去,因為大部分的輻射能是紅外線,所以光效很低,但是卻免除了散熱的問題。

LED的散熱解決方式:

解決LED的散熱,主要從兩個方麵入手,封裝前與封裝後,可以理解為LED芯片散熱與LED燈具散熱。Led芯片散熱主要與襯底和電路的選擇與工藝有關,本文暫不闡述。本文主要介紹Led燈具的散熱,因為任何LED都會製成燈具,所以LED芯片所產生的熱量最後總是通過燈具的外殼散到空氣中去。如果散熱不好,因為LED芯片的熱容量很小,一點點熱量的積累就會使得芯片的結溫迅速提高,如果長時期工作在高溫的狀態,它的壽命就會很快縮短。然而這些熱量要能夠真正引導出芯片到達外部空氣,要經過很多途徑。具體來說,LED芯片所產生的熱,從它的金屬散熱塊出來,先經過焊料到鋁基板的PCB,再通過導熱膠才到鋁散熱器。所以LED燈具的散熱實際上包括導熱和散熱兩個部分。

然而LED燈殼散熱依據功率大小及使用場所,也會有不同的選擇。現在主要有以下幾種散熱方法:

鋁散熱鰭片:這是最常見的散熱方式,用鋁散熱鰭片做為外殼的一部分來增加散熱麵積。
導熱塑料殼:在塑料外殼注塑時填充導熱材料,增加塑料外殼導熱、散熱能力。
空氣流體力學利用燈殼外形,製造出對流空氣,這是最低成本的加強散熱方式。
風扇燈殼內部用長壽高效風扇加強散熱,造價低,效果好。不過要換風扇就是麻煩些,也不適用於戶外,這種設計較為少見。
導熱管利用導熱管技術,將熱量由LED芯片導到外殼散熱鰭片。在大型燈具,如路燈等這是常見的設計。
表麵輻射散熱處理燈殼表麵做輻射散熱處理,簡單的就是塗抹誌盛威華輻射散熱塗料,可以將熱量用輻射方式帶離燈殼表麵。

以下介紹一種新型的散熱塗料:ZS-411輻射散熱降溫塗料,塗料塗層具有高熱傳導率和較大的散熱表麵積,同時在相當寬的波長範圍內(1-20μm)具有高輻射率,可以顯著提高包括傳導、對流、輻射散熱的綜合性能。

這種塗料采用北京誌盛威華化工有限公司自行研發的高性能散熱溶液,該散熱溶液具有較高的可見光和近紅外光反射率、較高的熱紅外發射率和穩定性等特殊性能,同時還具有良好的物理性能、化學性能和良好的施工性多種複合性,該散熱溶液工作原理是靠無機膠體微粒(小於100納米)發生凝聚而產生結合力。塗料溶液裏添加納米碳管等具有較高的熱傳導率和發射性的材料,能使塗層表麵呈現宏觀光潔微觀粗糙的形貌的納米材料組元,可以大大增加散熱裝置與外界的接觸麵積,顯著提升散熱效果。同時加入大量被電子躍遷過的多種尖晶石作為複合紅外輻射體,既增加了雜質能級,提高了紅外輻射係數,又保持了相應的熱穩定性、耐熱性。

總體來說目前LED的發光效率還是比較低,從而引起結溫升高,壽命降低。為了降低結溫以提高壽命就必須十分重視散熱的問題。
 

 

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