浅析LED灯具发 热及散热涂料应用
随着近些年来LED技术作 为新一代照明技术受到了广泛关注,LED功率加大,散热问 题也就越来越被人重视。志盛威 华散热涂料的研究人员长期观察发现,这是因为LED的光衰 或其寿命是直接和其结温有关,散热不好结温就高,寿命就短。 与以往 使用的白炽灯和荧光灯不同,它们的能量损失虽大,但是大 部分能量都是通过红外线直接放射出去,光源的发热少;而LED,除了作 为可视光消耗的能量,其它能 量都转换成了热。又由于近年来,电子产 品逐渐向高密度,高集成度发展,LED产品也不例外,所以解决LED散热问 题成为当今提高LED性能,发展LED产业的主要问题。 LED发热的原因: LED发热的 原因是因为所加入的电能并没有全部转化为光能,而是一 部分转化成为热能。LED的光效目前只有100lm/W,其电光 转换效率大约只有20~30%左右。也就是说大约70%的电能都变成了热能。 具体来说,LED结温的 产生是由于两个因素所引起的:

    内部量子效率不高,也就是 在电子和空穴复合时,并不能100%都产生光子,通常称为由“电流泄漏”而使PN区载流 子的复合率降低。泄漏电 流乘以电压就是这部分的功率,也就是转化为热能,但这部 分不占主要成分,因为现 在内部光子效率已经接近90%。
    内部产 生的光子无法全部射出到芯片外部而最后转化为热量,这部分是主要的,因为目 前这种称为外部量子效率只有30%左右,大部分 都转化为热量了。


就如前 文所说虽然白炽灯的光效很低,只有15lm/W左右,但是它 几乎将所有的电能都转化为光能而辐射出去,因为大 部分的辐射能是红外线,所以光效很低,但是却 免除了散热的问题。 LED的散热解决方式: 解决LED的散热,主要从两个方面入手,封装前与封装后,可以理解为LED芯片散热与LED灯具散热。Led芯片散 热主要与衬底和电路的选择与工艺有关,本文暂不阐述。本文主要介绍Led灯具的散热,因为任何LED都会制成灯具,所以LED芯片所 产生的热量最后总是通过灯具的外壳散到空气中去。如果散热不好,因为LED芯片的热容量很小,一点点 热量的积累就会使得芯片的结温迅速提高,如果长 时期工作在高温的状态,它的寿 命就会很快缩短。然而这 些热量要能够真正引导出芯片到达外部空气,要经过很多途径。具体来说,LED芯片所产生的热,从它的 金属散热块出来,先经过 焊料到铝基板的PCB,再通过 导热胶才到铝散热器。所以LED灯具的 散热实际上包括导热和散热两个部分。 然而LED灯壳散 热依据功率大小及使用场所,也会有不同的选择。现在主 要有以下几种散热方法:

    铝散热鳍片:这是最 常见的散热方式,用铝散 热鳍片做为外壳的一部分来增加散热面积。
    导热塑料壳:在塑料 外壳注塑时填充导热材料,增加塑料外壳导热、散热能力。
    空气流 体力学利用灯壳外形,制造出对流空气,这是最 低成本的加强散热方式。
    风扇灯 壳内部用长寿高效风扇加强散热,造价低,效果好。不过要 换风扇就是麻烦些,也不适用于户外,这种设计较为少见。
    导热管 利用导热管技术,将热量由LED芯片导 到外壳散热鳍片。在大型灯具,如路灯 等这是常见的设计。
    表面辐 射散热处理灯壳表面做辐射散热处理,简单的 就是涂抹志盛威华辐射散热涂料,可以将 热量用辐射方式带离灯壳表面。


以下介 绍一种新型的散热涂料:ZS-411辐射散热降温涂料,涂料涂 层具有高热传导率和较大的散热表面积,同时在 相当宽的波长范围内(1-20μm)具有高辐射率,可以显 著提高包括传导、对流、辐射散热的综合性能。 这种涂 料采用北京志盛威华化工有限公司自行研发的高性能散热溶液,该散热 溶液具有较高的可见光和近红外光反射率、较高的 热红外发射率和稳定性等特殊性能,同时还 具有良好的物理性能、化学性 能和良好的施工性多种复合性,该散热 溶液工作原理是靠无机胶体微粒(小于100纳米)发生凝 聚而产生结合力。涂料溶 液里添加纳米碳管等具有较高的热传导率和发射性的材料,能使涂 层表面呈现宏观光洁微观粗糙的形貌的纳米材料组元,可以大 大增加散热装置与外界的接触面积,显著提升散热效果。同时加 入大量被电子跃迁过的多种尖晶石作为复合红外辐射体,既增加了杂质能级,提高了红外辐射系数,又保持 了相应的热稳定性、耐热性。 总体来说目前LED的发光 效率还是比较低,从而引起结温升高,寿命降低。为了降 低结温以提高寿命就必须十分重视散热的问题。

 

 

转载自:中国LED在线

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