中國粉體網訊 進入21世紀之后，人民的物質生活水平逐漸提高，而對能源的消耗越發嚴重，人們提出使用綠色環保能源，以便減少對能源的消耗和對環境的污染——LED在這種大背景下飛速發展。
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以前使用的白熾燈、熒光燈，白熾燈的球泡比較大，熒光燈也就是所謂的低壓汞燈對環境污染比較嚴重，而LED燈具則沒有這些缺點，它耗能小，亮度也高，占地比較少，可以封裝成各種樣式，是當之無愧的“綠色能源”，所以，LED的大范圍流行，必定是未來燈具市場的趨勢。
LED燈的起源與發展
自1879年愛迪生發明燈泡以來，到大功率白光LED的日漸成熟，已有100多年的歷史，正是這一百多年來一批又一批的科學家不斷的探索，才有了這個色彩繽紛的世界。
世界照明工具發展歷程
早在20世紀初，英國科學家Henry JosephRound就發現碳化硅在通電后可以產生光，德國科學家Robert Wichard發現可以從銅和鋅硫化合物中提取出黃磷，可以發出光。遺憾的是，受限于當時滯后的科技技術，實驗中發出的光芒比較暗淡，導致這些研究被摒棄。
然而隨著研究的深入，20世紀30年代末期，有一份關于硫化鋅粉可以發光的報告被出版，引起一時轟動。確立了研究方向，并出現“電致發光”這個學術名詞。
LED里程碑發展
縱觀LED的發展歷史，人類對半導體的研究從未止步，無論是制造工藝的改善，新技術開發、還是新材料的應用，都讓LED技術得到了飛躍性的發展。LED不斷提升的發光效率，豐富多彩的光線，更加低廉的價格，比傳統燈具擁有更廣闊的市場。
據統計，中國電量的12%被用在照明上，相當于4個三峽大壩的發電量，如果可以使用節能環保的燈具代替傳統的白熾燈，將大大節約中國電力能源。以家庭為單位，需要60W的白熾燈可以滿足需要，而換成節能燈的話只需要11W，但是如果用LED燈具提供照明，僅需要3.5W，最多是4W。一個是4W，一個是60W，如果把白熾燈全部換成LED，就可以節約15倍的電力資源。
另外，新型照明行業的發展，在節約電力能源的同時，減少環境污染，也帶了經濟效應，更可以帶動一批新型的產業，增加就業機會。
LED的陰影
從發光原理來說，LED是通過發光二極管直接將電能轉化成可見光。
但在這個過程中需要面臨一個尷尬的問題，即光電轉換效率只能達到20％～30％左右，其余70％～80％左右的電能都將轉化成熱量。
這就又面臨另一個問題，這些熱量如果不能及時排出會使LED芯片結溫不斷升高，引起熱應力的非均勻分布，導致LED光衰。
有研究表明，結溫平均每升高1℃，LED的發光強度降低1％，結溫升高到120℃，LED平均光衰達到35％，當結溫超過125℃時，LED會在短時間內失效。而市面上常見的LED材料和器件在使用時結溫不能超過110℃，為發揮LED最佳使用效果，LED結溫需低于85℃。
LED的光衰表明了它的壽命，隨著使用的時間增長，亮度會就越來越暗，直到最后熄滅。通常定義衰減30%的時間作為其壽命。
因此，散熱是目前LED面臨的最大問題。
陶瓷材料助力LED照亮世界
既然LED產生的大量熱量導致“后勁”很大，那就需要把熱量及時的散發出去。如何散出去呢？
目前一般LED采用的散熱方式都是被動式散熱，所謂被動式散熱指的是在LED上安裝一個散熱器，并不需要散熱風扇的散熱方式。
散熱器通常采用鋁合金材質并通過壓鑄成型制造。鋁材料的熱導率高，容易加工成各種形狀，而且價格低廉，因此便被大量地制作LED散熱器。我們如今在市場上見到的LED燈，大部分仍是以鋁作散熱器的。
但是，隨著LED燈功率的進一步提高，金屬鋁散熱器的缺點慢慢地顯現出來了。因為金屬鋁的電導率很高，因此LED燈珠安裝在鋁散熱器上時，中間得加上一層高分子絕緣層（如下圖所示），雖然絕緣層不厚，可是高分子的熱導率實在太低（一般在1W/m•K以下），燈珠產生的熱很難通過絕緣層傳到鋁基板上，因此熱散不出去。這就使得金屬鋁LED燈的功率很難進一步提高。
當然，辦法還是有的，最簡單的辦法就是把整個散熱器做大，比如做成一塊很大的平板，讓燈珠分散在大平板上，熱就不會太集中，比較容易散出去。但這樣就不可避免地帶來另外一個問題，就是做出來的LED燈個頭特別大，使用不方便。比如，如果是做成路燈，那么看上去就像個大頭娃娃，不夠美觀不說，抗風能力也會下降。當然，也可以搞主動散熱，比如加裝電扇，但這會使成本大幅增加，而且整個LED燈系統的復雜程度提高，可靠性下降。
LED燈珠
于是，人們想到了陶瓷材料，現在最常用的陶瓷材料是氧化鋁陶瓷。
氧化鋁陶瓷之所以適合于用做LED散熱器，最主要是因為它的三個獨特的優點：一是絕緣性能非常好，電阻率高達1014Ω•m，LED燈珠可以直接焊接在氧化鋁散熱器上而不必擔心漏電。
二是氧化鋁的熱導率很高，可達20-30W/（m•K），燈珠散發的熱量能夠被迅速帶走并發散到空氣中。這樣，氧化鋁陶瓷散熱器上就可以安裝功率更大的LED燈珠，或者在同樣大小的面積上安裝更多的燈珠。
第三，氧化鋁陶瓷的價格比較低廉，適合于大規模應用。
另一方面，如果功率和普通LED燈相同，那么陶瓷LED燈的燈珠芯片溫度會更低，更節能，壽命也更長。
常用陶瓷材料性能參數
在氧化鋁陶瓷還沒有統治LED散熱材料市場的情況下，另一種陶瓷材料——氮化鋁陶瓷翩翩而來。
隨著LED朝著功率化方向發展，LED熱流密度不斷提高，LED散熱問題也日益突出。在某些大功率市場，氧化鋁陶瓷已經不能滿足散熱需求了。
氮化鋁陶瓷具有極高的熱導率（可達（200W/（m•K）以上，是氧化鋁的10倍以上），此外，氮化鋁陶瓷還具有高強度、高電阻率、密度小、低介電常數、無毒、以及與Si相匹配的熱膨脹系數等優異性能，可以說更適合作為LED散熱材料。
但是，還是那句話，拋開價格談性能就是耍流氓。氮化鋁材料的價格高出氧化鋁很多，目前也只好在某些大功率市場代替傳統的金屬和氧化鋁陶瓷散熱材料了。
參考來源：
[1]熊星.大功率LED芯片封裝散熱問題研究
[2]聊聊陶瓷LED燈.李衛聊科技
[3]魏銀等.大功率LED散熱技術研究進展
（中國粉體網編輯整理/山川）
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