導流散熱型LED燈的熱分析與試驗研究

王 祥，吳清文，楊獻偉，高建國，黃 勇，徐振邦

（1.中國科學院 長春光學精密機械與物理研究所，吉林 長春130033；2.中國科學院大學，北京100039；3.都江堰光明光電材料有限責任公司，四川 成都610000）

引言

發光二極管（LED）是一種能夠將電能轉化為可見光的固態半導體器件，因為它壽命長（約是熒光燈的5倍）、光效高（約是熒光燈的10倍）、功耗低（同樣照明效果的情況下，耗電量僅是熒光燈的一半），因而被廣泛應用于LED節能燈的領域［1］，然而，LED散熱問題一直阻礙它的大力發展。目前LED的電光轉換率能夠達到15%～35%，其余65%～85%均轉化為熱能［2］。LED的尺寸比較小，僅為1mm×1mm～2.5mm×2.5mm，熱流密度高達100W／cm2，屬于高熱流密度器件［3］。而LED燈的溫度過高會帶來很多問題，諸如光輸出降低、發射的光波發生紅移、色溫和顯色系數發生變化、壽命按指數縮短和器件穩定性降低［4］等。因此若想提高LED燈的使用壽命和穩定性，需要有效解決LED燈的散熱問題。目前業界對于大功率LED光源產品的散熱一般采用固體傳導式散熱。散熱片采用大量的鋁、鋅合金等材質進行沖壓或壓鑄制作；熱管、納米傳熱技術、微通道、風扇等主動散熱技術也多被采用［5］。雖然上述方法在一定程度上都能夠起到散熱的目的，但無論哪種散熱方式，都提高了制造難度，增加了生產成本，并且產品設計上也存在諸多掣肘。由于自然對流自身有安全、經濟、無噪音等優點，非常適合于LED燈的散熱，本文研究的LED燈主要依靠自然對流的方式進行散熱。通過在燈杯體四周開設多組對流孔的形式來提高散熱能力，這種散熱方式能夠簡化燈體結構、提高制造工藝性，明顯降低成本。……