1、 LEDLED 照明热设计照明热设计 摘摘 要要：随着 LED 制造工艺的进步，新材料的开发，各种颜色的超高亮度 LED 取得了突破发展，LED 成为第四代光源指日可待。目前由于其光电转化率较低， 大部分电能实际转化成了热量，所以如何提高其散热能力是 LED 实现产业化急 需解决的关键技术。本文通过对 LED 结构、发光原理及特性、热设计的基础理 论、散热方式等一系列的方面进行分析，对 LED 的设计进行一系列的优化，使 LED 在生产以及应用的过程中能够更具有方向性和实用性。 关键字关键字 LED；热量；热设计；散热 前言 自从爱迪生发明了灯泡之后，人类就进入了用电进行照明的时代。而在白 炽
2、灯发明近 100 年后，人类又迎来了照明史上的又一次革命，而引领这次革命 的正是 LED 的发明。LED 具有高效低耗、绿色环保、响应快、寿命长等优点， 其对照明产业带来的冲击胜过当年白炽灯的发明。 LED 被称作“第四代光源” 。 “第一代光源”是篝火，不仅用于照明，还可 以用于做饭、制作陶瓷、杀菌、科学分析等方面；同样“第二代光源”的白炽 灯，以及“第三代光源”的荧光灯等光源的许多功能与用途也早已被充分利用。 因此，作为“第四代光源”之一的 LED，其用途可以说是无限的。 LED 照明技术的发展引起了国内外光源界的普遍关注，现已成为具有较大 发展前景和影响力的一项高新技术产品。近年来随着城
3、市建设和电子信息产业 的高速发展，人们对光源的需求与日俱增，LED 产品的开发研制生产已成为发 展前景十分诱人的朝阳产业。目前，随着我国绿色照明工程的组织实施，促进 了 LED 照明技术的创新和发展，使得 LED 在照明领域得以广泛应用，LED 潜在 的市场使其显示出了强大的发展潜力。 本文通过对 LED 结构、发光原理及特性、热设计的基础理论、热学指标、 散热方式、 封装等一系列的方面进行分析， 以便读者能更深入的了解半导体 LED 在应用和设计中的一些知识。 由于时间仓促及笔者水平有限，文中存在漏洞与不妥之处在所难免，敬请 读者提出批评和指正。 目录 前言. II 第一章 概述1 1.1
4、LED 的发展史 1 1.2 LED 国内技术进展和市场前景分析 1 第二章 LED 的基础知识 .3 2.1 LED 的结构 . 3 2.2 LED 的光源基本特征 . 3 2.2.1 发光效率高 3 2.2.2 耗电量少 4 2.2.3 使用寿命长 4 2.2.4 安全与环保 4 2.3 LED 光源的特点 . 4 2.4 常见 LED 的分类 5 2.4.1 按发光管发光颜色分类 5 2.4.2 按发光管出光面特征分类 5 2.4.3 按发光二极管的结构分类 5 2.4.4 按发光强度和工作电流分类. 5 2.4.5 按功率分类. 6 2.4.5 按封装形式分类. 6 2.5 大功率 L
5、ED 封装结构 6 2.6 常见照明灯具与 LED 的各性能对比 6 第三章 热设计的理论基础9 3.1 LED 照明热的产生 . 9 3.2 散热的基础理论 9 3.2.1 热传导 9 3.2.2 热对流 10 3.2.3 热辐射 11 第四章 LED 的指标 .12 4.1 LED 的主要性能指标 . 12 4.1.1 LED 的颜色 . 12 4.1.2 LED 的电流 . 12 4.1.3 LED 的电压 . 12 4.1.4 LED 的反向电压 VRm . 12 4.1.5 LED 的色温 . 12 4.1.6 LED 发光强度 . 12 4.1.7 LED 光通量 . 13 4.1
6、.8 LED 的使用寿命 . 13 4.2 LED 的热学指标 . 13 4.2.1 热阻 Rth . 13 4.2.2 LED 的结温 . 14 4.3 LED 正常工作条件或状态 . 15 第五章 大功率 LED 散热分析 16 5.1 大功率 LED 照明热设计流程 16 5.2 大功率 LED 照明热设计方案 16 5.2.1 结温的评估 17 5.2.2 热阻的评估计算 17 5.2.3 LED 灯具对流热传递计算 . 17 5.2.4 LED 灯具导热传递计算 . 17 5.2.5 LED 灯具辐射热传递计算 . 18 5.3 计算分析 LED 实验并得出结论 18 第六章 LED 照明灯具的应用及对未来的展望 .19 6.1 道路交通领域 19 6.2 交通工具领域 19 6.3 显示屏. 19 6.4 农业 19 6.5 渔业 19 6.6 医疗 20 6.7 通信 20 结 束 语21 致 谢22 参考文献23 第一章 概述 1.1 LED 的发展史 1907 年 Henry Joseph Round 第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。
