LEDライトの発熱の原因と解決策

熱くなる原因と解決策LEDライト
LEDが発熱するのは、加えられた電気エネルギーがすべて光エネルギーに変換されるのではなく、一部が熱エネルギーに変換されるためです。 LEDの光効率は現状100lm/Wに過ぎず、電気光変換効率も20～30%程度に過ぎません。つまり、電気エネルギーの約70％が熱エネルギーに変換されることになります。
具体的には、LED ジャンクション温度の発生は次の 2 つの要因によって引き起こされます。
1. 内部量子効率が高くない、つまり電子と正孔が再結合するときに光子が 100% 生成されない。これは通常「電流漏れ」と呼ばれ、PN 領域でのキャリアの再結合率が低下します。漏れ電流と電圧の積はこの部分の電力であり、熱エネルギーに変換されますが、内部光子効率は現在 90% 近くになっているため、この部分は主成分を占めません。
2. 内部で生成された光子がすべてチップの外部に放出され、最終的に熱に変換されることはありません。現在のいわゆる外部量子効率はわずか 30% 程度であり、そのほとんどが熱に変換されるため、この部分が主要な部分となります。
白熱電球の発光効率は約15lm/Wと非常に低いですが、電気エネルギーのほぼすべてを光エネルギーに変換して放射します。放射エネルギーのほとんどが赤外線であるため、発光効率は非常に低くなりますが、冷却の問題は解消されます。
LED照明器具の放熱ソリューション
LED の熱放散の解決は主に 2 つの側面から始まります。パッケージングの前後では、LED チップの熱放散と LED ランプの熱放散として理解できます。どの LED もランプになるので、LED コア
チップによって発生した熱は常に照明器具のハウジングを通じて空気中に放散されます。 LED チップの熱容量が非常に小さいため、放熱が良好でない場合、わずかな熱の蓄積によりチップのジャンクション温度が急速に上昇します。高温で長時間使用すると寿命が急激に短くなります。ただし、この熱が実際にチップから外気に放出される方法は数多くあります。具体的には、LED チップによって発生した熱は金属ヒートシンクから出て、まずはんだを通ってアルミニウム基板の PCB に伝わり、次にサーマルペーストを通ってアルミニウムヒートシンクに伝わります。したがって、熱放散は、LEDランプ実際には、熱伝導と熱放散という 2 つの部分が含まれます。
ただし、LED ランプハウジングの放熱性も、電力サイズや使用場所に応じてさまざまな選択肢があります。冷却方法には主に以下のような方法があります。
1. アルミ製放熱フィン：筐体の一部にアルミ製放熱フィンを使用し、放熱面積を増やす最も一般的な放熱方法です。
2. 熱伝導性プラスチックシェル：プラスチックシェルの射出成形時に熱伝導性材料を充填し、プラスチックシェルの熱伝導率と放熱能力を高めます。
3. 空気流体力学: ランプ ハウジングの形状を利用して対流空気を生成します。これは熱放散を強化する最も低コストの方法です。
4.ファン、長寿命の高効率ファンがランプハウジング内に使用されており、熱放散を強化し、低コストで優れた効果をもたらします。ただしファンの交換が面倒ですし、屋外での使用には向きません。このデザインは比較的珍しいです。
5. ヒートパイプ。ヒートパイプ技術を使用して、LED チップからシェルの放熱フィンに熱を伝導します。街路灯などの大型ランプによくあるデザインです。
6.表面放射熱放散処理、ランプハウジングの表面は放射熱放散処理で処理され、放射によってランプハウジングの表面から熱を奪うことができます。
一般に、LED の発光効率は現時点でもまだ比較的低いため、ジャンクション温度が上昇し、寿命が短くなります。ジャンクション温度を下げて寿命を延ばすためには、放熱の問題に細心の注意を払う必要があります。