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如何解决LED散热的问题

2011-12-07 16:39
林契于宸
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  LED被称为第四代照明光源或绿色光源,具有节能、环保、寿命长、体积小等特点,可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来,世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。其中LED散热一直是一个亟待解决的问题!有研究数据表明,假如LED芯片结温为25度时的发光为100%,那么结温上升至60度时,其发光量就只有90%;结温为100度时就下降到80%;140度就只有70%。可见改善散热,控制结温是十分重要的事。 除此以外LED的发热还会使得其光谱移动;色温升高;正向电流增大(恒压供电时);反向电流也增大;热应力增高;荧光粉环氧树脂老化加速等等种种问题,所以说,LED的散热是LED灯具的设计中最为重要的一个问题。
 LED芯片结温是怎么产生的

  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。

  1.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%。

  2.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。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的散热现在越来越为人们所重视,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。

   大功率LED白光应用及LED芯片散热解决方法

  当今LED白光产品被逐渐运用于各大领域投入使用,人们在感受其大功率LED白光带来的惊人快感同时也在担心其存在的种种实际问题! 首先从大功率LED白光本身性质来说。大功率LED仍旧存在着发光均一性不佳、封闭材料的寿命不长尤其是其LED芯片散热问题很难得到很好的解决,而无法发挥白光LED被期待的应用优点。 其次从大功率LED白光市场价格来说。当今大功率LED还是一种贵族式的白光产品,因为大功率产品的价格还是过高,而且技术上还是有待完善,所以说大功率白光LED产品不是谁想用就能够用的。 下面来分解下大功率LED散热的相关问题。
  
  近些年在业界专家的努力下对大功率LED芯片散热问题提出了一下几点改善方案:
 

  1.  通过提高LED晶片面积来增加发光量。

  2.  采用封装数个小面积LED晶片。

  3.  改变LED封装材料和萤光材料。
  
  那么是不是通过以上三种方法就可以完全改进大功率LED白光产品的散热问题了呢?实则斐然!首先我们虽然将LED芯片的面积增大,以此获得更多的光通量(光单位时间内通过单位面积的光束数即为光通量,单位ml)希望能够达到我们想要的白光效果,但因其实际面积过大,而导致在应用过程与结构上出现了一些适得其反的现象。 那么是不是大功率LED白光散热问题就真的无法解决了呢?当然不是无法解决了。针对单纯增大晶片面积而出现的负面问题,LED白光业者们就根据电极构造的改良及覆晶的构造并利用封装数个小面积LED晶片等方式从大功率LED晶片表面进行改良从而来达到60lm/W的高光通量低高散热的发光效率。 

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