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1、浅谈大功率LED的发热问题以及解决方案 胡亚秋时间:2011年6月1日 （单位：徐州工程学院数理学院08应用物理1班邮编：221001） 摘 要:详尽分析了大功率LED在应用中的发热问题以及原因，提出了几种有效可行对大功率LED(LightEmittingDiode)进行散热的构想,设计了LED热管散热器的原理结构,并对其传热机理、传热路线和各传热阶段的热阻进行了定性分析和定量分析,建立了传热模型,导出了总传热系数的计算式,并给出了该热管散热器的设计计算实例。关键词：大功率LED; 发热;
2、 散热;传热模型；Abstract:Detailedanalysisofthehigh-powerLEDintheapplicationofheatproblemsandthereasonsputforwardseveralfeasibleandeffectiveforhigh-powerLED(LightEmittingDiode)forcoolingtheconception,designoftheLEDstructure,theprincipleofheatpipeheatsink,andth
3、eheattransferMechanism,heattransferlineandthethermalresistanceoftheheatstagesofthequalitativeanalysisandquantitativeanalysis,theheattransfermodel,theoverallheattransfercoefficientisderivedformula,andgivesthedesignoftheheatpipeheatsinkcalculationexample
4、.Keywords:HighpowerLED;heat;cooling;heattransfermodel;引言：发光二极管(LED)具有低耗能、省电、寿命长、耐用等优点,因而被各方看好将取代传统照明成为未来照明光源。然而,随着功率增加,LED所产生电热流之废热无法有效散出,导致发光效率严重下降。LED使用寿命的定义为,当LED发光效率低于原发光效率之70%时,可视为LED寿命终结。LED发光效率会随着使用时间及次数而降低,而过高的接面温度则会加速LED发光效率衰减,故散热成LED显学。 随着芯片
5、技术的日益成熟,单一的LED芯片输入功率可达到5W,甚至更高,所以防止LED工作温度过高也越来越显得重要。若不能有效的将芯片热量散出,接踵而来的热效应也会变得越来越明显,使得芯片接面温度升高,进而直接减少芯片射出的光子能量,降低出光效率。温度的升高也会使得芯片发射出的光谱产生红移,色温质量下降。本文针对大功率LED工作时的发热问题以及发热原理进行了详尽的分析，并针对不同原因给出了几种可行的解决方案以及构想。1.大功率LED工作时发热的几个原因 与传统光源一样，半导体发光二极体（LED）在工作期间也会
6、产生热量，其多少取决于整体的发光效率。在外加电能量作用下，电子和空穴的辐射复合发生电致发光，在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片（chip）本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界（空气）。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等，最终大概只有30-40％的输入电能转化为光能，其余60-70％能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。而芯片温度的升高，则会增强非辐射复合，进一步消弱发光效率。因为，人们主观上认为大功率LED没有热量，事实上确有。大量的热，以至于在使用过程中发生问
7、题。加上很多初次使用大功率LED的人，对热问题又不懂如何有效地解决，使得产品可靠性成为主要问题。那么，LED究竟有没有热量产生呢？能产生多少热量呢？LED产生的热量究竟有多大？LED在正向电压下，电子从电源获得能量，在电场的驱动下，克服PN结的电场，由N区跃迁到P区，这些电子与P区的空穴发生复合。由于漂移到P区的自由电子具有高于P区价电子的能量，复合时电子回到低能量态，多余的能量以光子的形式放出。发出光子的波长与能量差Eg相关。可见，发光区主要在PN结附近，发光是由于电子与空穴复合释放能量的结果。一
8、只半导体二极体，电子在进入半导体区到离开半导体区的全部路程中，都会遇到电阻。简单地从原理上看，半导体二极体的物理结构简单地从原理上看，半导体二极体的物理结构源负极发出的电子和回到正极的电子数是相等的。普通的二极体，在发生电子－空穴对的复合是，由于能级差Eg的因素，释放的光子光谱不在可见光范围内。电子在二极体内部的路途中，都会因电阻的存在而消耗功率。所消耗的功率符合电子学的基本定律：P＝I2R＝I2（RN＋＋RP）＋IVTH式中：RN是N区体电阻VTH是PN结的开启电压
