浅析LED灯具发热及散热涂料应用

发布日期：2016-06-14 关键词：贵州路灯贵阳景观灯设计,贵州太阳能路灯,贵阳LED照明灯贵州照明工程施工

随着近些年来LED技术作为新一代照明技术受到了广泛关注，LED功率加大，散热问题也就越来越被人重视。志盛威华散热涂料的研究人员长期观察发现，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。

      与以往使用的白炽灯和荧光灯不同，它们的能量损失虽大，但是大部分能量都是通过红外线直接放射出去，光源的发热少；而LED，除了作为可视光消耗的能量，其它能量都转换成了热。又由于近年来，电子产品逐渐向高密度，高集成度发展，LED产品也不例外，所以解决LED散热问题成为当今提高LED性能，发展LED产业的主要问题。

LED发热的原因：

      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：

      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%。
      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。

      就如前文所说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的散热解决方式：

      解决LED的散热，主要从两个方面入手，封装前与封装后，可以理解为LED芯片散热与LED灯具散热。Led芯片散热主要与衬底和电路的选择与工艺有关，本文暂不阐述。本文主要介绍Led灯具的散热，因为任何LED都会制成灯具，所以LED芯片所产生的热量最后总是通过灯具的外壳散到空气中去。如果散热不好，因为LED芯片的热容量很小，一点点热量的积累就会使得芯片的结温迅速提高，如果长时期工作在高温的状态，它的寿命就会很快缩短。然而这些热量要能够真正引导出芯片到达外部空气，要经过很多途径。具体来说，LED芯片所产生的热，从它的金属散热块出来，先经过焊料到铝基板的PCB，再通过导热胶才到铝散热器。所以LED灯具的散热实际上包括导热和散热两个部分。

      然而LED灯壳散热依据功率大小及使用场所，也会有不同的选择。现在主要有以下几种散热方法：

    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：在塑料外壳注塑时填充导热材料，增加塑料外壳导热、散热能力。
    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，如路灯等这是常见的设计。
    表面辐射散热处理灯壳表面做辐射散热处理，简单的就是涂抹志盛威华辐射散热涂料，可以将热量用辐射方式带离灯壳表面。

      以下介绍一种新型的散热涂料：ZS-411辐射散热降温涂料，涂料涂层具有高热传导率和较大的散热表面积，同时在相当宽的波长范围内(1-20μm)具有高辐射率，可以显著提高包括传导、对流、辐射散热的综合性能。

      这种涂料采用北京某公司研发的高性能散热溶液，该散热溶液具有较高的可见光和近红外光反射率、较高的热红外发射率和稳定性等特殊性能，同时还具有良好的物理性能、化学性能和良好的施工性多种复合性，该散热溶液工作原理是靠无机胶体微粒(小于100纳米)发生凝聚而产生结合力。涂料溶液里添加纳米碳管等具有较高的热传导率和发射性的材料，能使涂层表面呈现宏观光洁微观粗糙的形貌的纳米材料组元，可以大大增加散热装置与外界的接触面积，显著提升散热效果。同时加入大量被电子跃迁过的多种尖晶石作为复合红外辐射体，既增加了杂质能级，提高了红外辐射系数，又保持了相应的热稳定性、耐热性。

      总体来说目前LED的发光效率还是比较低，从而引起结温升高，寿命降低。为了降低结温以提高寿命就必须十分重视散热的问题。

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