LED行业塑料导热材料与铝材料对比报告

LED行业塑料导热材料与铝材料对比报告LED行业塑料导热材料与铝材料比照报告

当LED结温上升时，发光材料的禁带宽度将减小，导致LED发生波长变长，颜色向红色偏移。当LED结温不超过其临界温度时，正向压降随温度的变化是可逆的。一旦LED的结温超过器件所能承受的最高临界温度时，LED的光输出特性将会永久性的衰减。

LED是继白炽灯、荧光灯和HID灯之后的第四代新型光源。LED光源的消失和进展，将引发照明领域的一次革命，具有划时代的意义。概括的讲，LED具有以下几方面的优点:

①LED是环保性能最好的光源。LED的眩光少，光谱中没有多余的紫外线和红外线，不含汞等有害物质，在运输、安装和使用中不会破裂，废弃物可回收，没有污染。

②LED为固态冷光源，非常结实耐用寿命特别长。

③单色性好，颜色艳丽丰富，灯光清楚严厉，并且可任意混合，从而使光色变幻多端。

④体积小，重量轻，应用敏捷。

⑤响应速度快。白炽灯加电后需140-200ms的时间才能到达设定亮度，而LED通电后无需热启动时间，灯亮时间仅约60ns。

⑥发光效率高，能量消耗低，较同样发光效率的白炽灯可节电80%。

基于以上优点，LED灯具将会是照明行业的一大进展趋势，用于室内照明的大功率LED灯具在数量上也将有很大的进展。

一、LED灯具散热系统的作用

当电流通过LED时，其PN结的温度将上升。结温的变化势必引起内部电子和空穴浓度、禁带宽度和电子迁移率等微观参数的变化，从而使LED的光输出、发光波长以及正向电压等宏观参数发生相应的变化。（禁带宽度是指一个能带宽度(单位是电子伏特(ev)).固体中电子的能量是不行以连续取值的，而是一些不连续的能带。要导电就要有自由电子存在。自由电子存在的能带称为导带（能导电）。被束缚的电子要成为自由电子，就必需获得足够能量从而跃迁到导带，这个能量的最小值就是禁带宽度。）

试验发觉，当LED结温上升时，发光材料的禁带宽度将减小，导致LED发生波长变长，颜色向红色偏移。当LED结温不超过其临界温度时，正向压降随温度的变化是可逆的。一旦LED的结温超过器件所能承受的最高临界温度时，LED的光输出特性将会永久性的衰减。

下列图为结温不同时，光输出与时间的关系，其中，红色为结温74℃，蓝色为结温为63℃。

由图可见，当结温为74℃时，光输出衰减到50%所需时间为2年，而结温为63℃时，

这一时间即增加到6年，可见结温对LED使用寿命的影响是特别巨大的。

综上所述，在LED灯具中，散热系统的作用就变的尤其重要。目前市场上大功率LED室内照明灯具的散热外壳根本全部为铝，塑料导热材料还处于初期起步阶段。飞利浦MASTERLEDMR16新式灯具成为了全球首例大功率LED应用，其铝制外壳被StanylTC导热塑料所取代，同样到达了散热的目的。

下面两张图片中的铝件虽然造型不同，起到的全部为散热作用，图一中灯具为大功率射灯，外壳为铝材料外表镀镍的散热系统，图二为蜡烛灯，中间局部为二次加工后用于散热的铝材料。

下面图片中为飞利浦公司推出的MASTERLEDMR16，其散热外壳材料为帝斯曼公司开发的StanylTC导热塑料。

二、导热塑料作为散热系统材料的可行性

在散热系统方面，始终以来都是以铝作为材料。塑料由于其导热系数很小，不能满意散热要求，所从未用在LED散热领域。目前帝斯曼公司推出的新型导热塑料在保持一般塑料材料的优点根底上，增加了它的导热系数，使其导热系数到达一般塑料的10-50倍。铝材料的导热系数在200W/(mK)，关于材料导热系数与温度增加量的关系如下列图所示：

由图可见，在导热系数小于5时，属于热传导受限的状况，这种状况下导热系数很小的变化都会造温度差很大的变化，一般的塑料导热系数都在1以下，所以假如用于散热系统将导致结温的快速上升，必定会降低LED灯具的使用寿命。在导热系数大于5时，属于对流受限状况，由图可见当材料厚度在5mm及以下的状况下，导热系数对温度差的影响都是趋近于0，所以此时导热系数是5W/mK或者200W/mK对结温的影响已经相差不大了。为了满意不怜悯况下对材料导热系数的要求，帝斯曼公司此次研发的新型导热塑料中材料的导热系数分不同等级，其中白色导热塑料的导热系数分别为2，4，6，8，而黑色的导热塑料的导热系数分别为10，15，最高可达18W/mK，可以满意一般大功率LED灯具对散热效果的要求。

三、塑料导热材料与铝材优劣比照

铝材料虽然作为散热系统技术方面已经比拟成熟，但仍有一些缺乏，同样塑料导热材料也不是完全没有缺点，以下就是两者的优劣比拟。首先是塑料导热材料相对铝来说存在的优点：

（1）质量轻在室内照明中，灯具的重量对多方面都有影响，比方重量增加会加大灯具的安装、运输难度，也会对人身安全造成隐患等。纯铝的密度为2700kg/m3，铝合金的密度将会更大，而导热塑料的密度为1420kg/m3左右，约为铝合金的一半，所以在形状一样的状况下，重量也仅为铝合金的一半左右。

（2）更加环保和安全在塑料外壳的生产过程中，几乎不会产生什么有毒污染，而铝壳在生产中常常会有电镀的工序，而电镀产生的废液中的金属会对水源和土壤造成严峻的污染。安全方面塑料为绝缘材质，不用担忧由于灯的外壳导电而产生的安全隐患。在耐高压测试方面，塑料具有肯定的优势。

（3）提高设计自由度塑料的流淌性很好，所以可以生产很薄的部件，以及设计更加简单的外形。铝壳的主要生产方法是压铸或拉伸成型，在生产过程中无法进展较简单外形的加工。另外在表观效果来说，注塑产品会更加美丽，还可以加上与其它企业不同的自身标志。

（4）加工便利，效率更高塑料导热材料与其他塑料件一样，可以一次成型，无需后加工，而且在注塑成型时，模具可设计为一出四，所以工作效率很高。铝材料在挤出成型后往往还要有去毛边的程序，假如对形状的要求比拟高的话，铝材料还要进展镀镍等工序，加工周期还将增长。

（5）启动系统简化在外壳为铝合金时，由于外壳导电，内部必需采纳隔离启动系统，塑料本身绝缘，没所以用作散热系统时可以采纳非隔离启动系统，由于非隔离系统相对于隔离系统来说不仅本钱较低而且体积较小，这样不仅可以降低本钱而且所占空间会更小。

（6）降低系统本钱就单价来说，单位质量的导热塑料价格必定是高于铝的，但系统本钱却持平或较低，且数量越大，塑料的本钱优势越明显。另外，塑料导热材料目前处于一个初级阶段，将来的价格随产业的进展和产品量的增加肯定会降低，而铝作为有色金属的价格却不太可能有明显的降低。塑料降低本钱主要表达在加工费用方面。

但是塑料导热材料与铝相比也会有劣势：

（1）导热系数较低塑料的散热系数始终比铝低许多，所以即使散热效果能够到达要求，灯的温度也会比铝壳稍高。

（2）数量较小时本钱问题以上的本钱计算是建立在量比拟大的状况下，假如量小时，塑料导热材料的模具本钱表达在每一个上面就会比拟大，而铝壳的使用厂家由于加工难度大一般会直接选购成品，不会有模具方面而导致的本钱的问题。

（3）市场承受度铝始终以来都是作为散热系统的材料，但塑料作为散热材料才刚刚起步，目前市场上也只有飞利浦公司推出了产品。所以许多厂家目前因担忧风险，因而不太情愿尝试开模

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LED行业塑料导热材料与铝材料比照报告

LED是继白炽灯、荧光灯和HID灯之后的第四代新型光源。LED光源的消失和进展，将引发照明领域的一次革命，具有划时代的意义。概括的讲，LED具有以下几方面的优点:①LED是环保性能最好的光源。LED的眩光少，光谱中没有多余的紫外线和红外线，不含汞等有害物质，在运输、安装和使用中不会破裂，废弃物可回收，没有污染。②LED为固态冷光源，非常结实耐用寿命特别长。③单色性好，颜色艳丽丰富，灯光清楚严厉，并且可任意混合，从而使光色变幻多端。④体积小，重量轻，应用敏捷。⑤响应速度快。白炽灯加电后需140-200ms的时间才能到达设定亮度，而LED通电后无需热启动时间，灯亮时间仅约60ns。⑥发光效率高，能量消耗低，较同样发光效率的白炽灯可节电80%。基于以上优点，LED灯具将会是照明行业的一大进展趋势，用于室内照明的大功率LED灯具在数量上也将有很大的进展。一、LED灯具散热系统的作用

当电流通过LED时，其PN结的温度将上升。结温的变化势必引起内部电子和空穴浓度、禁带宽度和电子迁移率等微观参数的变化，从而使LED的光输出、发光波长以及正向电压等宏观参数发生相应的变化。（禁带宽度是指一个能带宽度(单位是电子伏特(ev)).固体中电子的能量是不行以连续取值的，而是一些不连续的能带。要导电就要有自由电子存在。自由电子存在的能带称为导带（能导电）。被束缚的电子要成为自由电子，就必需获得足够能量从而跃迁到导带，这个能量的最小值就是禁带宽度。）试验发觉，当LED结温上升时，发光材料的禁带宽度将减小，导致LED发生波长变长，颜色向红色偏移。当LED结温不超过其临界温度时，正向压降随温度的变化是可逆的。一旦LED的结温超过器件所能承受的最高临界温度时，LED的光输出特性将会永久性的衰减。下列图为结温不同时，光输出与时间的关系，其中，红色为结温74℃，蓝色为结温为63℃。

由图可见，当结温为74℃时，光输出衰减到50%所需时间为2年，而结温为63℃时，这一时间即增加到6年，可见结温对LED使用寿命的影响是特别巨大的。

综上所述，在LED灯具中，散热系统的作用就变的尤其重要。目前市场上大功率LED室内照明灯具的散热外壳根本全部为铝，塑料导热材料还处于初期起步阶段。飞利浦MASTERLEDMR16新式灯具成为了全球首例大功率LED应用，其铝制外壳被StanylTC导热塑料所取代，同样到达了散热的目的。下面两张图片中的铝件虽然造型不同，起到的全部为散热作用，图一中灯具为大功率射灯，外壳为铝材料外表镀镍的散热系统，图二为蜡烛灯，中间局部为二次加工后用于散热的铝材料。

下面图片中为飞利浦公司推出的MASTERLEDMR16，其散热外壳材料为帝斯曼公司开发的StanylTC导热塑料。

二、导热塑料作为散热系统材料的可行性

在散热系统方面，始终以来都是以铝作为材料。塑料由于其导热系数很小，不能满意散热要求，所从未用在LED散热领域。目前帝斯曼公司推出的新型导热塑料在保持一般塑料材料的优点根底上，增加了它的导热系数，使其导热系数到达一般塑料的10-50倍。铝材料的导热系数在200W/(mK)，关于材料导热系数与温度增加量的关系如下列图所示：

由图可见，在导热系数小于5时，属于热传导受限的状况，这种状况下导热系数很小的变化都会造温度差很大的变化，一般的塑料导热系数都在1以下，所以假如用于散热系统将导致结温的快速上升，必定会降低LED灯具的使用寿命。在导热系数大于5时，属于对流受限状况，由图可见当材料厚度在5mm及以下的状况下，导热系数对温度差的影响都是趋近于0，所以此时导热系数是5W/mK或者200W/mK对结温的影响已经相差不大了。为了满意不怜悯况下对材料导热系数的要求，帝斯曼公司此次研发的新型导热塑料中材料的导热系数分不同等级，其中白色导热塑料的导热系数分别为2，4，6，8，而黑色的导热塑料的导热系数分别为10，15，最高可达18W/mK，可以满意一般大功率LED灯具对散热效果的要求。三、塑料导热材料与铝材优劣比照

铝材料虽然作为散热系统技术方面已经比拟成熟，但仍有一些缺乏，同样塑料导热材料也不是完全没有缺点，以下就是两者的优劣比拟。首先是塑料导热材料相对铝来说存在的优点：

（1）质量轻在室内照明中，灯具的重量对多方面都有影响，比方重量增加会加大灯具的安装、运输难度，也会对人身安全造成隐患等。纯铝的密度为2700kg/m3，铝合金的密度将会更大，而导热塑料的密度为1420kg/m3左右，约为铝合金的一半，所以在形状一样的状况下，重量也仅为铝合金的一半左右。

（2）更加环保和安全在塑料外壳的生产过程中，几乎不会产生什么有毒污染，而铝壳在生产中常常会有电镀的工序，而电镀产生的废液中的金属会对水源和土壤造成严峻的污染。安全方面塑料为绝缘材质，不用担忧由于灯的外壳导电而产生的安全隐患。在耐高压测试方面，塑料具有肯定的优势。

（3）提高设计自由度塑料的流淌性很好，所以可以生产很薄的部件，以及设计更加简单的外形。铝壳的主要生产方法是压铸或拉伸成型，在生产过程中无法进展较简单外形的加工。另外在表观效果来说，注塑产品会更加美丽，还可以加上与其它企业不同的自身标志。

（4）加工便利，效率更高塑料导热材料与其他塑料件一样，可以一次成型，无需后加工，而且在注塑成型时，模具可设计为一出四，所以工作效率很高。铝材料在挤出成型后往往还要有去毛边的程序，假如对形状的要求比拟高的话，铝材料还要进展镀镍等工序，加工周期还将增长。

（5）启动系统简化