基本介紹
- 中文名：LED散熱技術
- 外文名：Sapphire LED
- 半導體：發光二極體
- 能量：60-70%
- 原理：輻射複合發生電致發光
- 時間：2000年
發熱問題,對壽命的影響,散熱的方法,鋁散熱鰭片,導熱塑膠殼,表面輻射處理,空氣流體力學,風扇,導熱管,液態球泡,燈頭的利用,導熱散熱運用,散熱技術突破,
發熱問題
與傳統光源一樣，半導體發光二極體（LED）在工作期間也會產生熱量，其多少取決於整體的發光效率。在外加電能量作用下，電子和空穴的輻射複合發生電致發光，在PN結附近輻射出來的光還需經過晶片（chip）本身的半導體介質和封裝介質才能抵達外界（空氣）。綜合電流注入效率、輻射發光量子效率、晶片外部光取出效率等，最終大概只有30-40%的輸入電能轉化為光能，其餘60-70%的能量主要以非輻射複合發生的點陣振動的形式轉化熱能。
100W全塑工礦燈
100W全塑工礦燈對壽命的影響
一般來說，LED燈工作是否穩定，品質好壞，與燈體本身散熱至關重要，市場上的高亮度LED燈的散熱，常常採用自然散熱，效果並不理想。LED光源打造的LED燈具，由LED、散熱結構、驅動器、透鏡組成，因此散熱也是一個重要的部分，如果LED不能很好散熱、它的壽命也會受影響。
熱量管理是高亮度LED套用中的主要問題
由於III族氮化物的p型摻雜受限於Mg受主的溶解度和空穴的較高啟動能，熱量特別容易在p型區域中產生，這個熱量必須通過整個結構才能在熱沉上消散；LED器件的散熱途徑主要是熱傳導和熱對流；Sapphire襯底材料極低的熱導率導致器件熱阻增加，產生嚴重的自加熱效應，對器件的性能和可靠性產生毀滅性的影響。
熱量對高亮度LED的影響
熱量集中在尺寸很小的晶片內，晶片溫度升高，引起熱應力的非均勻分布、晶片發光效率和螢光粉激射效率下降；當溫度超過一定值時，器件失效率呈指數規律增加。統計資料表明，元件溫度每上升2℃，可靠性下降10%。當多個LED密集排列組成白光照明系統時，熱量的耗散問題更嚴重。解決熱量管理問題已成為高亮度LED套用的先決條件。
晶片尺寸與散熱的關係
提高功率LED的亮度最直接的方法是增大輸入功率，而為了防止有源層的飽和必須相應地增大p-n結的尺寸；增大輸入功率必然使結溫升高，進而使量子效率降低。單管功率的提高取決於器件將熱量從p-n結導出的能力、在保持現有晶片材料、結構、封裝工藝、晶片上電流密度不變及等同的散熱條件下，單獨增加晶片的尺寸，結區溫度將不斷上升
散熱的方法
鋁散熱鰭片
這是最常見的散熱方式，用鋁散熱鰭片做為外殼的一部分來增加散熱面積。
導熱塑膠殼
表面輻射處理
燈殼表面做輻射散熱處理，簡單的就是塗抹輻射散熱漆，可以將熱量用輻射方式帶離燈殼表面。
空氣流體力學
利用燈殼外形，製造出對流空氣，這是最低成本的加強散熱方式。
風扇
燈殼內部用長壽高效風扇加強散熱，造價低，效果好。不過要換風扇就是麻煩些，也不適用於戶外，這種設計較為少見。
導熱管
液態球泡
燈頭的利用
在家用型較小功率的LED燈，往往利用燈頭內部空間，將發熱的驅動電路部分或全部置入。這樣可以利用像螺口燈頭這樣有較大金屬表面的燈頭散熱，因為燈頭是密接燈座金屬電極和電源線的。所以一部分熱量可由此導出散熱。
導熱散熱運用
燈殼散熱的目的是降低LED晶片的工作溫度，由於LED晶片膨脹係數和我們常用的金屬導熱、散熱材料膨脹係數差距很大，不能將LED晶片直接焊接，以免高、低溫熱應力破壞LED晶片。最新的高導熱陶瓷材料，導熱率接近鋁，膨脹系可調整到與LED晶片同步。這樣就可以將導熱、散熱一體化，減少熱傳導中間環節。
10.PVC改良材料
具有導熱功能，二次封裝
散熱技術突破
現有的天花孔燈大多採用帶翅片的鋁材作為散熱器。這種散熱器的散熱效果不理想，散熱體通常會達到較高的溫度。
1.突破現有帶翅片的鋁材散熱器散熱效果不理想的問題
現有的天花孔燈大多採用帶翅片的鋁材作為散熱器，這種散熱器的散熱效果不理想，散熱體通常會達到較高的溫度。
2.採用絕緣散熱塑膠，替代鋁合金製作散熱體
3.採用液態對流原理，提供一種具有良好散熱性能的天花孔燈
利用安裝在燈罩上的儲液罐中的冷卻液從燈罩上吸收的熱量，同時利用冷卻液在高度不同的兩個儲液罐之間的自然對流，將冷卻液從燈罩上吸收的熱量散發出去，從而使天花孔燈的燈罩得到很好的冷卻。
4.可以靈活轉動，便於安裝
由於連線在兩個儲液罐之間的冷卻液對流管具有波紋管結構，而且該波紋管結構可伸縮及彎曲變形，所以不會妨礙燈罩的靈活轉動，也便於安裝。
