LED照明光效大提升 散热切勿成短板

LED照明光效大提升 散热切勿成短板

2010年在以低碳经济为主导的政策下，节能减排深入到全国各大省市，以北京为首的节能灯补贴政策让低价优质的节能灯推广到北京周边市区。而在浙江、广东、湖北、福建等地，节能灯也得到普遍推广，全面带动灯饰产品节能、健康发展。由此实现白炽灯淘汰战略的快速推进，进而带动LED灯具、太阳能路灯的绿色、节能化的发展。        
       随着LED照明的需求日趋迫切，高功率LED的散热问题日益受到重视。LED运行所产生的废热若无法有效散出，将导致LED光效发生衰减，直接对其寿命产生致命性的影响。因此，近年来LED散热问题的解决成为业内研发攻关的重点。         

       热管理是长期的艰巨任务        
       LED芯片在工作时，电能的30-35%转化成光能，另外65-70%转化成了热能。随着晶片技术的日益成熟，单一的LED晶片输入功率可达到5W，甚至更高，所以防止LED工作温度过高也越来越显得重要。若不能有效的将晶圆热量散出，接踵而来的热效应也会变得越来越明显，使得晶片接面温度升高，进而直接减少晶片射出的光子能量，降低出光效率。温度的升高也会使得晶片发射出的光谱产生红移，色温品质下降。         
       除了照明品质，高温对LED寿命也有极大的影响。温度对亮度的影响是线性的，但对寿命的影响却是指数性的。有数据显示，同样以接面温度为准，若一直保持50℃以下使用，LED有近20,000小时的使用寿命，75℃则只剩10,000小时的使用寿命，150℃只剩下1,000小时。       
       “光效即使达到了200lm/w，LED外量子效率仍不高，热管理是个长期的任务” 深圳大学光电工程学院柴广跃教授向《华强电子》记者解释说，有“白光LED之父”之称的中村修二2010年年初在东京所做的口头报告公开了自己所做的LED光效已达到了200ml/w，而之后，科锐公司则声称其LED在实验室的光效达到了208lm/w。对于200ml/w的LED来说，如果将驱动电流从20毫安增加至100毫安，LED的外量子效率将从约60%急剧下降至35%左右，主要原因还在于热使得内量子效率降低。尽管科锐公司能将如此高光效的LED实现商品化，并能促使美国2020年半导体照明200lm/w光效的目标提前几年完成，但是从上面的分析得知，光效即使达到了200lm/w，外量子效率仍然不高，所以热管理是长期艰巨的任务。        
       据悉，LED 灯具热量传导主要有三个基本环节，芯片到外延，外延到封装基板，基板到散热片或机壳。要提升LED热管理效率，柴广跃认为，首先要从器件封装过程中的热传导通道来考虑。增大热传导的方法包括，增大芯片热传导系数、焊料热传导系数、基板热传导系数及减薄焊料厚度。其次，在LED应用灯具的设计和生产还要尽可能增大热对流，这往往需要增大散热面积、对流系数和温度差来实现。 柴广跃表示，目前在传热技术上，主要在金属支架管芯、陶瓷管壳、金属导热基板、碳材料等四个方面都取得了新的进展。同时在新型LED灯具散热器及散热材料的开发亦取得了一定的进展。