浅析LED灯具发热及散热涂料应用

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：

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。

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：

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。

这种涂料采用北京志盛威华化工有限公司自行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。