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    5. 解決led燈具發熱問題的新思路

         LED被稱為第四代照明光源或綠色光源,具有節能、環保、壽命長、體積小等特點,可以廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領域。近年來,世界上一些經濟發達國家圍繞LED的研制展開了激烈的技術競賽。其中LED散熱一直是一個亟待解決的問題!


        有研究數據表明,假如LED芯片結溫為25度時的發光為100%,那么結溫上升至60度時,其發光量就只有90%;結溫為100度時就下降到80%;140度就只有70%??梢姼纳粕?,控制結溫是十分重要的事。


      ◎ LED芯片結溫是怎么產生的


        LED發熱的原因是因為所加入的電能并沒有全部轉化為光能,而是一部分轉化成為熱能。LED的光效目前只有100lm/W,其電光轉換效率大約只有20—30%左右。也就是說大約70%的電能都變成了熱能。


        具體來說,LED結溫的產生是由于兩個因素所引起的。


        1.內部量子效率不高,也就是在電子和空穴復合時,并不能100%都產生光子,通常稱為由“電流泄漏”而使PN區載流子的復合率降低。泄漏電流乘以電壓就是這部分的功率,也就是轉化為熱能,但這部分不占主要成分,因為現在內部光子效率已經接近90%。


        2.內部產生的光子無法全部射出到芯片外部而最后轉化為熱量,這部分是主要的,因為目前這種稱為外部量子效率只有30%左右,大部分都轉化為熱量了。


        LED的散熱現在越來越為人們所重視,這是因為LED的光衰或其壽命是直接和其結溫有關,散熱不好結溫就高,壽命就短。


      ◎ 大功率LED白光應用及LED芯片散熱解決方法


        當今LED白光產品被逐漸運用于各大領域投入使用,人們在感受其大功率LED白光帶來的驚人快感同時也在擔心其存在的種種實際問題!


        首先從大功率LED白光本身性質來說。大功率LED仍舊存在著發光均一性不佳、封閉材料的壽命不長尤其是其LED芯片散熱問題很難得到很好的解決,而無法發揮白光LED被期待的應用優點。


        其次從大功率LED白光市場價格來說。當今大功率LED還是一種貴族式的白光產品,因為大功率產品的價格還是過高,而且技術上還是有待完善,所以說大功率白光LED產品不是誰想用就能夠用的。 下面OFweek半導體照明網來分解下大功率LED散熱的相關問題。


        近些年在業界專家的努力下對大功率LED芯片散熱問題提出了一下幾點改善方案:


        1. 通過提高LED晶片面積來增加發光量。


        2. 采用封裝數個小面積LED晶片。


        3. 改變LED封裝材料和螢光材料。


        那么是不是通過以上三種方法就可以完全改進大功率LED白光產品的散熱問題了呢?實則斐然!首先我們雖然將LED芯片的面積增大,以此獲得更多的光通量希望能夠達到我們想要的白光效果,但因其實際面積過大,而導致在應用過程與結構上出現了一些適得其反的現象。


        那么是不是大功率LED白光散熱問題就真的無法解決了呢?當然不是。針對單純增大晶片面積而出現的負面問題,LED白光業者們就根據電極構造的改良及覆晶的構造并利用封裝數個小面積LED晶片等方式從大功率LED晶片表面進行改良從而來達到60lm/W的高光通量低高散熱的發光效率。


        其實還有一種方法可以有效改進大功率LED芯片散熱問題,那就是將其白光封裝材料用硅樹脂取代以往的塑料或者有機玻璃。更換封裝材料不僅能夠解決LED芯片散熱問題更能夠提高白光LED壽命。為什么現在大功率LED中必須采用硅膠作為封裝材料?因為硅膠對同樣波長光線的吸收率不到1%。但是環氧樹脂對400-459nm的光線吸收率高達45%,很容易由于長期吸收這種短波長光線以后產生的老化而使光衰嚴重。


        當然在實際的生產生活中還會出現很多像大功率LED白光芯片散熱這樣的問題,因為人們對大功率LED白光越廣泛的應用就會出現越深入難解的種種問題!


        LED芯片的特點是在極小的體積內產生極高的熱量。而LED本身的熱容量很小,所以必須以最快的速度把這些熱量傳導出去,否則就會產生很高的結溫。為了盡可能地把熱量引出到芯片外面,人們在LED的芯片結構上進行了很多改進。為了改善LED芯片本身的散熱,其最主要的改進就是采用導熱更好的襯底材料。


        即使能夠解決從晶片到封裝材料間的抗熱性,但因從封裝到PCB板的散熱效果不好的話,同樣也是造成LED晶片溫度的上升,出現發光效率下降的現象。


        因此,在面對不斷提高電流情況的同時,如何增加抗熱能力,也是現階段的急待被克服的問題,從各方面來看,除了材料本身的問題外,還包括從晶片到封裝材料間的抗熱性、導熱結構、封裝材料到PCB板間的抗熱性、導熱結構,及PCB板的散熱結構等,這些都需要作整體性的考量。


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