熱放散は高輝度 LED にどのような影響を与えますか?{0}

LED の放熱は、パフォーマンス、寿命、信頼性に直接影響を与える重要な要素となっています。効果的な熱管理により、チップから過剰な熱が適時に除去され、効率の低下や早期故障が防止されます。この記事では、LED の性能に対する温度の影響と、熱管理に使用される一般的な方法を調査することで、LED の放熱の重要性を分析します。

1.LEDの性能、寿命、信頼性に対する温度の影響

LED 照明器具は通常、LED チップ、熱放散構造、ドライバ、光学レンズで構成されています。{0}これらのコンポーネントの中で、熱管理システムは重要な役割を果たします。 LED から発生する熱を効果的に放散できない場合、チップの動作温度が上昇し、照明器具全体の寿命が大幅に短くなる可能性があります。

熱管理: 高輝度 LED の大きな課題-

熱管理は、高輝度 LED アプリケーションにおいて最も重要な問題の 1 つです。{0}

III-窒化物材料の p- 型ドーピングの制限、特に Mg アクセプタの溶解度の制限と正孔の比較的高い活性化エネルギーにより、デバイスの p- 型領域に熱が蓄積する傾向があります。この熱は、ヒートシンクを介して放散される前に、デバイス構造全体を通過する必要があります。

LED デバイスでは、熱は主に熱伝導と対流によって伝達されます。ただし、一部の基板材料の熱伝導率が低いと、デバイスの熱抵抗が大幅に増加し、強力な自己発熱効果が発生する可能性があります。-。この過剰な熱は、LED の性能、安定性、長期信頼性に重大な悪影響を与える可能性があります。-

How Heat Dissipation Affects High-Brightness LEDs

高輝度 LED に対する熱の影響-

熱は非常に小さなチップ領域内に集中するため、チップ温度の上昇により熱応力分布が不均一になり、発光効率が低下し、蛍光体励起効率が低下する可能性があります。温度が特定のしきい値を超えると、デバイスの故障率は指数関数的に増加します。

統計データによると、コンポーネントの温度が 2 度上昇するごとに、信頼性は約 10% 低下します。複数の LED を高密度に配置して白色光照明システムを形成する場合、熱放散の課題はさらに厳しくなります。-したがって、効果的な熱管理が高輝度 LED の実用化の前提条件となっています。-

LED High Bay Light Factory.jpg

チップサイズと放熱性の関係

高出力 LED ディスプレイの輝度を高める最も直接的な方法は、入力電力を増やすことです。{0}しかし、活性層の飽和を防ぐためには、それに応じてPN接合のサイズも大きくする必要があります。入力電力を増加すると輝度は向上しますが、必然的にジャンクション温度が上昇し、量子効率が低下します。

単一の LED デバイスの出力を増加できるかどうかは、PN 接合から熱を逃がす能力に大きく依存します。チップの材料、デバイス構造、パッケージングプロセス、電流密度、放熱条件が変わらない場合、チップサイズを大きくするだけでも接合領域内の接合温度が連続的に上昇します。

2. 一般的な LED の放熱方法

安定したパフォーマンスを維持し、高輝度 LED の寿命を延ばすために、LED 照明設計ではさまざまな熱管理ソリューションが一般的に使用されています。{0}

アルミ製ヒートシンクフィン

これは最も広く使用されている放熱方法です。アルミニウム製ヒートシンクフィンがランプハウジングに組み込まれており、放熱のための表面積が増加し、熱がより効率的に周囲の空気に伝達されます。のような次の高いベイライトデザイン：

熱伝導性プラスチックハウジング

ヒートシンク構造としてアルミニウム合金の代替として熱伝導性プラスチックを使用できます。この材料は電気絶縁性を提供すると同時に放熱性能を向上させ、熱をより効果的に放散します。

表面放射線処理

ランプハウジングの表面を熱放射コーティングで処理することができます。特殊な放熱塗料を塗布することで、輻射熱伝導によりランプ表面からの熱を逃がします。-

空力設計

ランプハウジングの形状と構造を最適化することで空気の流れを高め、自然対流を促進します。この方法は非常に低コストで放熱を改善し、LED 照明製品に広く使用されています。

冷却ファン

一部の照明器具は、熱放散を高めるために、ハウジング内に高効率で長寿命のファンを使用しています。{0}このソリューションは費用対効果が高く効率的ですが、メンテナンスが必要であり、一般的に屋外照明には適していないため、屋外設備ではあまり使用されません。-

ヒートパイプ技術

ヒートパイプは LED チップから外部のヒートシンクフィンに熱を伝達し、熱伝達効率を大幅に向上させます。このデザインは街路灯などの大型照明器具でよく使用されます。

LED の熱放散のための液球技術

液球パッケージング技術により、熱伝導率の高い透明な液体をバルブ内に充填します。これにより、LED チップの発光面を通じて熱が放散され、光出力とチップ表面からの熱伝達を組み合わせる数少ない方法の 1 つとなります。-

ランプベースの活用

小型で低消費電力の家庭用 LED ランプでは、設計者は熱を発生する駆動回路の一部またはすべてをランプベースの内部に配置することで、ランプベースの内部スペースを利用することがよくあります。-これにより、比較的大きな金属表面積を備えたネジ型口金などのランプ口金--が熱放散を助けることができます。-ベースがソケットや電源配線の金属電極と密着しているため、熱の一部を逃がす構造となっております。

LED heat dissipation

熱伝導設計

ランプハウジングの放熱システムの目的は、LED チップの動作温度を下げることです。ただし、LED チップの熱膨張係数は、一般に使用される金属熱伝導材料の熱膨張係数とは大きく異なります。-その結果、温度変動による熱ストレスによりチップが損傷する可能性があるため、LED チップを金属ヒートシンクに直接はんだ付けすることはできません。

新しい高{0}熱伝導性-セラミック材料は、有望なソリューションを提供します。熱伝導率はアルミニウムに近く、熱膨張係数を LED チップの熱膨張係数に合わせて調整できます。これにより、熱伝導と熱放散が統合され、中間の熱伝達ステップが削減され、全体的な熱効率が向上します。

改良されたPVC素材

熱伝導特性を備えた変性 PVC 材料は二次カプセル化プロセスで使用でき、特定の LED 照明用途における熱伝達と構造安定性の向上に役立ちます。