LED燈原理

LED燈是一種固態(tài)光源，其核心是發(fā)光二級管（LED），LED 在正向電壓下，電子從電源獲得能量，在電場的驅(qū)動下，克服PN 結(jié)的電場，由N 區(qū)躍遷到P 區(qū)，這些電子與P 區(qū)的空穴發(fā)生復合。由于漂移到P 區(qū)的自由電子具有高于P 區(qū)價電子的能量，復合時電子回到低能量態(tài)，多余的能量以光子的形式放出，發(fā)出光子的波長與能量差相關(guān)。普通的二極體，在發(fā)生電子－空穴對的復合是，由于能級差的因素，釋放的光子光譜不在可見光范圍內(nèi)。

LED燈在工作期間會產(chǎn)生熱量，其多少取決于整體的發(fā)光效率。在電能量的作用下電子和空穴的輻射復合發(fā)生電致發(fā)光，在P-N結(jié)附近輻射出來的光子還需經(jīng)過芯片本身的半導體介質(zhì)和封裝介質(zhì)才能抵達外界。合并計算電流注入效率、輻射發(fā)光量子效率、芯片外部光取出效率等，zui終大約只有30-40％的輸入電能轉(zhuǎn)化為光能，其餘60-70％的能量主要以非輻射復合發(fā)生的點陣振動的形式轉(zhuǎn)化熱能。而芯片溫度的升高，則會增強非輻射復合，進一步消弱發(fā)光效率，因此成都LED燈的熱量控制成為99led.net技術(shù)的焦點。

LED燈需要解決如下幾個環(huán)節(jié)的散熱問題：

一、芯片結(jié)到外延層

二、外延層到封裝基板

三、封裝基板到外部冷卻裝置

這三個環(huán)節(jié)構(gòu)成LED燈熱傳導的通道，熱傳導通道上任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會引起LED結(jié)溫過高，而導致發(fā)生成都LED燈光衰現(xiàn)象，直到產(chǎn)品提早報廢。

LED結(jié)點到周圍環(huán)境的熱傳導方式可分為三種：

1、傳導。熱量通過相鄰原子直接傳遞出去，因此應采用低界面熱阻的材料。

2、對流。熱量通過流動的物體如空氣和水擴散傳遞到散熱器，再從散熱器擴散到周圍環(huán)境中去。

3、輻射。熱量依靠電磁波經(jīng)過液體、氣體和真空傳遞，故需要高輻射材料。

為了取得更好的導熱效果，三個環(huán)節(jié)上都需要采取相應的措施。

LED燈的熱量產(chǎn)生原因與對策2

熱量管理是解決LED燈光衰導致壽命縮短的關(guān)鍵問題，從遠期看，當發(fā)光效率提高到一個很高的水平時，熱量管理將不成為問題，到那是LED燈驅(qū)動電源以及智能控制將成為主要問題。

散熱首先應從封裝層級著手；目前的作法是將LED芯片以焊料或?qū)岣喔街谝粚崞?，?jīng)由導熱片降低封裝模塊的熱阻抗，如何提高傳熱效率降低熱阻，將是LED封裝在相當長一段時間內(nèi)的焦點問題，這也給了包括中小企業(yè)在內(nèi)的LED封裝企業(yè)脫穎而出的機會。

LED燈通常會將多個LED芯片組裝在一電路基板上，電路基板一方面是LED芯片物理承載結(jié)構(gòu)，另一方面，隨著LED輸出功率越來越高，基板還必須將LED芯片產(chǎn)生的熱傳遞出去，在材料選擇上，必須兼顧結(jié)構(gòu)強度及散熱兩方面的需求。

過去由于LED燈功率小散熱問題不嚴重，只要運用一般電子產(chǎn)品常用的銅箔印刷電路板即可，但隨著LED燈從指示到景觀再到現(xiàn)在的照明，功率已經(jīng)非常大了，散熱要求很高，因此99led.net需再將印刷電路板貼附在一金屬板上，即所謂的Metal Core PCB，以提高其傳熱效果。

還有一種做法直接在鋁基板表面直接作絕緣層，再在絕緣層表面作電路層，如此LED模塊即可直接將導線接合在電路層上。有時為避免因絕緣層的導熱性不佳而增加熱阻抗，會采取穿孔方式，以便讓LED模塊底端的導熱片直接接觸到金屬基板，即芯片直接黏著。

因應芯片直接粘著基板的發(fā)展，基板材料的選用除考慮散熱性外，99led.net還必須考慮與芯片的熱膨脹系數(shù)相匹配問題，以避免熱應力引起的熱形變導致?lián)p壞，因此目前國內(nèi)外都在發(fā)展陶瓷基板及金屬復合基板等。這些新開發(fā)的基板材料不但具有良好的散熱性，同時熱膨脹系數(shù)（介于4~8ppm／K）與LED芯片均相匹配，*的缺點是價格較貴,相信隨著需求量的增加，成本以及價格會有所降低。

LED燈的熱量產(chǎn)生原因與對策3

怎么降低熱阻抗呢，LED廠家想盡辦法，一種主流方法是將LED芯片設(shè)在銅與陶瓷材料制成的散熱器（heat sink）表面，接著再用焊接方式將印刷電路板上散熱層用導線連接到散熱器，再用風扇強制空氣冷卻散熱器，根據(jù)德國OSRAM實驗結(jié)果證實，上述結(jié)構(gòu)的LED芯片到焊接點的熱阻抗可以降低9K/W，大約是傳統(tǒng)LED燈的1/6左右，封裝后的LED施加2W的電力時，LED芯片的接合溫度比焊接點高18K，即使印刷電路板溫度上升到50攝氏度，接合溫度頂多只有70攝氏度左右，說明降低LED芯片到焊接點的熱阻抗，可以有效降低LED芯片結(jié)溫，從而延長LED燈壽命。

大屏幕LED電視是當前LED燈的zui大市場，比如46英寸的LED背光源輸入功率大致是200多W，以其中的70-80%轉(zhuǎn)成熱來計算，所需的散熱量約在160W左右，如何將這些熱量帶走成為99led.net技術(shù)關(guān)鍵。如用水冷方式進行冷存在高單價的問題，如有用熱管配合散熱片及風扇來進行冷卻，但風扇噪音是個問題，而且風扇進灰塵后導致轉(zhuǎn)速下降從而引起溫度上升，zui終導致LED燈珠光衰，這將給廠家聲譽帶來致命一擊。因此，如何解決無風扇的散熱問題是決定未來LED燈廠家能勝出的關(guān)鍵，在這一領(lǐng)域，電場自動風冷技術(shù)zui有潛力。

由于白光LED的發(fā)光頻譜含有波長低于450nm短波長光線，傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂封裝材料易被短波長光線破壞，高功率白光LED強光的照射下封裝材料很快變性，早期LED路燈實際安裝結(jié)果顯示連續(xù)點燈不到一萬小時，高功率白光LED的亮度已經(jīng)降低一半以上，使得LED燈長壽命的宣傳成為用戶心中的“騙局”，讓LED產(chǎn)業(yè)與LED廠家蒙冤，因此采用可靠的封裝材料成為新一代成都LED燈的必然選擇。