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LED燈具發(fā)熱及散熱涂料應(yīng)用分析

關(guān)鍵詞:
LED
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2014-08-14
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資料簡介
　　隨著近些年來LED技術(shù)作為新一代照明技術(shù)受到了廣泛關(guān)注，LED功率加大，散熱問題也就越來越被人重視。志盛威華散熱涂料的研究人員*觀察發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)長ED的光衰或其壽命是直接和其結(jié)溫有關(guān)，散熱不好結(jié)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(fā)熱少；而LED，除了作為可視光消耗的能量，其它能量都轉(zhuǎn)換成了熱。又由于近年來，電子產(chǎn)品逐漸向高密度，高集成度發(fā)展，Led產(chǎn)品也不例外，所以解決Led散熱問題成為當(dāng)今提高Led性能，發(fā)展Led產(chǎn)業(yè)的主要問題。
　　
　　LED發(fā)熱的原因：
　　
　　LED發(fā)熱的原因是因?yàn)樗尤氲碾娔懿]有全部轉(zhuǎn)化為光能，而是一部分轉(zhuǎn)化成為熱能。LED的光效目前只有100lm/W，其電光轉(zhuǎn)換效率大約只有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(jié)溫的產(chǎn)生是由于兩個(gè)因素所引起的：
　　
　　1．內(nèi)部量子效率不高，也就是在電子和空穴復(fù)合時(shí)，并不能100%都產(chǎn)生光子，通常稱為由“電流泄漏”而使PN區(qū)載流子的復(fù)合率降低。泄漏電流乘以電壓就是這部分的功率，也就是轉(zhuǎn)化為熱能，但這部分不占主要成分，因?yàn)楝F(xiàn)在內(nèi)部光子效率已經(jīng)接近90%。
　　
　　2．內(nèi)部產(chǎn)生的光子無法全部射出到芯片外部而zui后轉(zhuǎn)化為熱量，這部分是主要的，因?yàn)槟壳斑@種稱為外部量子效率只有30%左右，大部分都轉(zhuǎn)化為熱量了。
　　
　　就如前文所說雖然白熾燈的光效很低，只有15lm/W左右，但是它幾乎將所有的電能都轉(zhuǎn)化為光能而輻射出去，因?yàn)榇蟛糠值妮椛淠苁羌t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(gè)方面入手，封裝前與封裝后，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(guān)，本文暫不闡述。本文主要介紹Led燈具的散熱，因?yàn)槿魏蜭ED都會(huì)制成燈具，所以LED芯片所產(chǎn)生的熱量zui后總是通過燈具的外殼散到空氣中去。如果散熱不好，因?yàn)長ED芯片的熱容量很小，一點(diǎn)點(diǎn)熱量的積累就會(huì)使得芯片的結(jié)溫迅速提高，如果長時(shí)期工作在高溫的狀態(tài)，它的壽命就會(huì)很快縮短。然而這些熱量要能夠真正引導(dǎo)出芯片到達(dá)外部空氣，要經(jīng)過很多途徑。具體來說，LED芯片所產(chǎn)生的熱，從它的金屬散熱塊出來，先經(jīng)過焊料到鋁基板的PCB，再通過導(dǎo)熱膠才到鋁散熱器。所以LED燈具的散熱實(shí)際上包括導(dǎo)熱和散熱兩個(gè)部分。
　　
　　然而LED燈殼散熱依據(jù)功率大小及使用場所，也會(huì)有不同的選擇?，F(xiàn)在主要有以下幾種散熱方法：
　　
　　1.鋁散熱鰭片：這是zui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面積。
　　
　　2.導(dǎo)熱塑料殼：在塑料外殼注塑時(shí)填充導(dǎo)熱材料，增加塑料外殼導(dǎo)熱、散熱能力。
　　
　　3.空氣流體力學(xué)利用燈殼外形，制造出對(duì)流空氣，這是*的加強(qiáng)散熱方式。
　　
　　4.風(fēng)扇燈殼內(nèi)部用長壽風(fēng)扇加強(qiáng)散熱，造價(jià)低，效果好。不過要換風(fēng)扇就是麻煩些，也不適用于戶外，這種設(shè)計(jì)較為少見。
　　
　　5.導(dǎo)熱管利用導(dǎo)熱管技術(shù)，將熱量由LED芯片導(dǎo)到外殼散熱鰭片。在大型燈具，如路燈等是常見的設(shè)計(jì)。
　　
　　6.表面輻射散熱處理燈殼表面做輻射散熱處理，簡單的就是涂抹志盛威華輻射散熱涂料，可以將熱量用輻射方式帶離燈殼表面。
　　
　　以下介紹一種新型的散熱涂料：ZS-411輻射散熱降溫涂料，涂料涂層具有高熱傳導(dǎo)率和較大的散熱表面積，同時(shí)在相當(dāng)寬的波長范圍內(nèi)(1-20μm)具有高輻射率，可以顯著提高包括傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射散熱的綜合性能。
　　
　　這種涂料采用北京志盛威華化工有限公司自行研發(fā)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(fā)射率和穩(wěn)定性等特殊性能，同時(shí)還具有良好的物理性能、化學(xué)性能和良好的施工性多種復(fù)合性，該散熱溶液工作原理是靠無機(jī)膠體微粒(小于100納米)發(fā)生凝聚而產(chǎn)生結(jié)合力。涂料溶液里添加納米碳管等具有較高的熱傳導(dǎo)率和發(fā)射性的材料，能使涂層表面呈現(xiàn)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面積，顯著提升散熱效果。同時(shí)加入大量被電子躍遷過的多種尖晶石作為復(fù)合紅外輻射體，既增加了雜質(zhì)能級(jí)，提高了紅外輻射系數(shù)，又保持了相應(yīng)的熱穩(wěn)定性、耐熱性。
　　
　　總體來說目前LED的發(fā)光效率還是比較低，從而引起結(jié)溫升高，壽命降低。為了降低結(jié)溫以提高壽命就必須十分重視散熱的問題。

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