淺析LED燈具發(fā)熱及散熱涂料應(yīng)用

　　隨著近些年來(lái)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(wèn)題也就越來(lái)越被人重視。志盛威華散熱涂料的研究人員長(zhǎng)期觀察發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)長(zhǎng)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(guò)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(lái)，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(wèn)題成為當(dāng)今提高LED性能，發(fā)展LED產(chǎn)業(yè)的主要問(wèn)題。

　　LED發(fā)熱的原因：

　　LED發(fā)熱的原因是因?yàn)樗尤氲碾娔懿](méi)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(shuō)大約70%的電能都變成了熱能。

　　具體來(lái)說(shuō)，LED結(jié)溫的產(chǎn)生是由于兩個(gè)因素所引起的：

　　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%.

　　內(nèi)部產(chǎn)生的光子無(wú)法全部射出到芯片外部而最后轉(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(shuō)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(wèn)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L(zhǎng)ED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)生的熱量最后總是通過(guò)燈具的外殼散到空氣中去。如果散熱不好，因?yàn)長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)很多途徑。具體來(lái)說(shuō)，LED芯片所產(chǎn)生的熱，從它的金屬散熱塊出來(lái)，先經(jīng)過(guò)焊料到鋁基板的PCB,再通過(guò)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(chǎng)所，也會(huì)有不同的選擇。現(xiàn)在主要有以下幾種散熱方法：

　　鋁散熱鰭片：這是最常見(jiàn)的散熱方式，用鋁散熱鰭片做為外殼的一部分來(lái)增加散熱面積。

　　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。

　　空氣流體力學(xué)利用燈殼外形，制造出對(duì)流空氣，這是最低成本的加強(qiáng)散熱方式。

　　風(fēng)扇燈殼內(nèi)部用長(zhǎng)壽高效風(fēng)扇加強(qiáng)散熱，造價(jià)低，效果好。不過(guò)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(jiàn)。

　　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，如路燈等這是常見(jiàn)的設(shè)計(jì)。

　　表面輻射散熱處理燈殼表面做輻射散熱處理，簡(jiǎn)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(zhǎng)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(jiàn)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(wú)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(guò)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(lái)說(shuō)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(wèn)題。