探討有關(guān)LED照明中陶瓷材料的應(yīng)用研究

LED是一種新型固態(tài)光源，自問世以來受到了極大的關(guān)注。它的發(fā)光機理是靠PN結(jié)中的電子在能帶間躍遷產(chǎn)生光能。在外電場的作用下，電子與空穴的輻射復合發(fā)生電致作用，一部分能量轉(zhuǎn)化為光能，無輻射復合產(chǎn)生的晶格震蕩將其余能量轉(zhuǎn)化為熱能。

目前LED的發(fā)光效率僅20%~30%，其余能量大多轉(zhuǎn)化為熱能，大量的熱能需要及時地散發(fā)出去，否則將會使LED的壽命減少，甚至永久性失效。所以，在LED快速發(fā)展的同時，人們也不斷進行著LED散熱新技術(shù)的研究。

金屬鋁材憑借著密度小、熱導率高、表面處理技術(shù)成熟的優(yōu)勢，一直占據(jù)著LED照明主體材料的市場。隨著人們對安全性能要求的提高，鋁材的導電性成為其一道致命的傷疤，為了提高LED照明燈具(下文簡稱為LED燈具)的使用安全性，電絕緣材料引起了人們的重視。

開始嶄露頭角的電絕緣材料有陶瓷材料和高熱導塑料。人類對陶瓷材料的使用已有幾千年了，現(xiàn)代技術(shù)制備的陶瓷材料有著絕緣性好、熱導率高、紅外輻射率大、膨脹系數(shù)低的特點，完全可以成為LED照明的新材料。

陶瓷材料的傳熱機理

陶瓷屬于非金屬材料，晶體結(jié)構(gòu)中沒有自由電子，具有優(yōu)秀的絕緣性能。它的傳熱屬于聲子導熱機理，當晶格完整無缺陷時，聲子的平均自由程越大，熱導率就越高。理論表明，陶瓷晶體材料的最大導熱系數(shù)可高達320W/mK。

一般認為，在影響陶瓷材料導熱率的諸多因素中，結(jié)構(gòu)缺陷是主要的影響因素。在燒結(jié)的過程中，氧雜質(zhì)進入陶瓷晶格中，伴隨著空位、位錯、反相疇界等結(jié)構(gòu)缺陷，顯著地降低了聲子的平均自由程，導致熱導率降低。現(xiàn)代陶瓷技術(shù)通過生成第二相，把氧固定在晶界上，減少了氧雜質(zhì)進入晶格的可能性，隨著晶界處的氧濃度大大降低，晶粒內(nèi)部的氧自發(fā)擴散到晶界處，使晶?；w內(nèi)部的氧含量降低，缺陷的數(shù)量和種類減少，從而降低聲子散射幾率，增加聲子的平均自由程。由于制備技術(shù)的不同，陶瓷材料的熱導率也不一樣。

燈具型號為GU10，外形尺寸49.5mm×50mm，鰭片散熱器和燈座均采用95陶瓷材料，并通過螺紋連接。

燈具安裝三顆Handson(漢德森)LED光源，內(nèi)置恒流驅(qū)動電源，總消耗功率約3.55W，采用透鏡配光，總光通量約150lm。

目前，陶瓷材料主要用于LED封裝芯片的熱沉材料、電路基板材料和燈具散熱器材料。高熱導塑料憑借著其優(yōu)良的電絕緣性和低密度值，高調(diào)地進入了散熱材料市場，現(xiàn)階段由于價格高，應(yīng)用率不大。本文主要討論陶瓷材料在LED照明中的應(yīng)用技術(shù)。