LED散热技术

LED发热问题

与传统光源一样，半导体发光二极体（LED）在工作期间也会产生热量，其多少取决于整体的发光效率。在外加电能量作用下，电子和空穴的辐射复合发生电致发光，在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片（chip）本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界（空气）。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等，最终大概只有30-40%的输入电能转化为光能，其余60-70%的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。

LED发热对寿命的影响

       一般来说，LED灯工作是否稳定，品质好坏，与灯体本身散热至关重要，市场上的高亮度LED灯的散热，常常采用自然散热，效果并不理想。LED光源打造的LED灯具，由LED、散热结构、驱动器、透镜组成，因此散热也是一个重要的部分，如果LED不能很好散热、它的寿命也会受影响。
热量管理是高亮度LED应用中的主要问题
 

        由于III族氮化物的p型掺杂受限于Mg受主的溶解度和空穴的较高启动能，热量特别容易在p型区域中产生，这个热量必须通过整个结构才能在热沉上消散；LED器件的散热途径主要是热传导和热对流；Sapphire衬底材料极低的热导率导致器件热阻增加，产生严重的自加热效应，对器件的性能和可靠性产生毁灭性的影响。

热量对高亮度LED的影响

热量集中在尺寸很小的芯片内，芯片温度升高，引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和萤光粉激射效率下降；当温度超过一定值时，器件失效率呈指数规律增加。统计资料表明，元件温度每上升2℃，可靠性下降10%。当多个LED密集排列组成白光照明系统时，热量的耗散问题更严重。解决热量管理问题已成为高亮度LED应用的先决条件。

芯片尺寸与散热的关系

提高功率LED的亮度最直接的方法是增大输入功率，而为了防止有源层的饱和必须相应地增大p-n结的尺寸；增大输入功率必然使结温升高，进而使量子效率降低。单管功率的提高取决于器件将热量从p-n结导出的能力、在保持现有芯片材料、结构、封装工艺、芯片上电流密度不变及等同的散热条件下，单独增加芯片的尺寸，结区温度将不断上升

LED散热的方法

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

使用LED绝缘散热塑料替代铝合金制作散热体，能大幅提高热辐射能力。

表面辐射散热处理

灯壳表面做辐射散热处理，简单的就是涂抹辐射散热漆，可以将热量用辐射方式带离灯壳表面。

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，如路灯等是常见的设计。

液态球泡

利用液态球泡封装技术，将导热率较高的透明液体填充到灯体球泡内。这是除了反光原理外，唯一利用LED芯片出光面导热、散热的技术。

灯头的利用

在家用型较小功率的LED灯，往往利用灯头内部空间，将发热的驱动电路部分或全部置入。这样可以利用像螺口灯头这样有较大金属表面的灯头散热，因为灯头是密接灯座金属电极和电源线的。所以一部分热量可由此导出散热。

导热散热一体化--高导热陶瓷的运用

灯壳散热的目的是降低LED芯片的工作温度，由于LED芯片膨胀系数和我们常用的金属导热、散热材料膨胀系数差距很大，不能将LED芯片直接焊接，以免高、低温热应力破坏LED芯片。最新的高导热陶瓷材料，导热率接近铝，膨胀系可调整到与LED芯片同步。这样就可以将导热、散热一体化，减少热传导中间环节。

10.PVC改良材料

具有导热功能，二次封装

散热技术突破

现有的天花孔灯大多采用带翅片的铝材作为散热器。这种散热器的散热效果不理想，散热体通常会达到较高的温度。
 

1.突破现有带翅片的铝材散热器散热效果不理想的问题
 

现有的天花孔灯大多采用带翅片的铝材作为散热器，这种散热器的散热效果不理想，散热体通常会达到较高的温度。
 

2.采用绝缘散热塑料，替代铝合金制作散热体
 

韩国于2009年已开发出一种LED生物导热塑料，在保持散热能力与铝合金持平的同时，使热辐射能力提高4-8倍。用此散热材料制作的LED散热体能大幅提升总体散热效果。
 

3.采用液态对流原理，提供一种具有良好散热性能的天花孔灯
 

利用安装在灯罩上的储液罐中的冷却液从灯罩上吸收的热量，同时利用冷却液在高度不同的两个储液罐之间的自然对流，将冷却液从灯罩上吸收的热量散发出去，从而使天花孔灯的灯罩得到很好的冷却。
 

4.可以灵活转动，便于安装
 

由于连接在两个储液罐之间的冷却液对流管具有波纹管结构，而且该波纹管结构可伸缩及弯曲变形，所以不会妨碍灯罩的灵活转动，也便于安装。