CN102544343B - 一种提高led基板散热性能的方法 - Google Patents

一种提高led基板散热性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高LED基板散热性能的方法。本发明方法首先将纳米碳管放入酸液中超声处理,得到纯净含氧官能团纳米碳管;将偶联剂加入去离子水中,调pH值到4~5,加入无水乙醇溶液,形成偶联剂溶液;将纯净含氧官能团纳米碳管加入偶联剂溶液中,搅拌后干燥;将偶联化处理后的纳米碳管与成膜树脂混合搅拌均匀成纳米碳管涂料;将纳米碳管涂料均匀喷涂或刷涂在LED基板的散热表面,使涂料固化成膜。本发明在LED基板表面涂覆纳米碳管能够增加LED基板的散热面积,提高LED基板的热红外辐射能力,从而能够显著提高散热性能,降低功率LED芯片表面的温度,在某些情况下免去铝散热片的使用,从而减小体积和降低成本。

Description

一种提高LED基板散热性能的方法
技术领域
[0001] 本发明属于材料技术领域,涉及一种通过在LED基板表面涂覆纳米碳管来提高LED基板散热性能的方法。
背景技术
[0002] 大功率LED在照明领域的应用已经开始规模化,目前制约高功率LED发展的瓶颈之一是散热问题。随着LED功率的提高,对基板散射性能要求大大提高,如果不能有效地耗散LED的热量,随之而来的热效应将会变得非常明显:结温升高,直接减少芯片出射的光子,取光效率降低;温度的升高会使得芯片的发射光谱发生红移,色温质量下降,尤其是对基于蓝光LED激发黄色荧光粉的白光LED器件更为严重,其中荧光粉的转换效率也会随着温度升高而降低。因此由于温度升高而产生的各种热效应会严重影响到LED器件的使用寿命和可靠性。大功率LED所产生的热量主要通过基板材料传导到外壳而散发出去,目前的基板主要有金属基板、陶瓷基板等。在这些基板的散热表面经常会带上很大的散热器或金属外壳散热,其缺点在于一方面大大增加了体积和LED灯具的费用;另一方面其主要靠增加散热面积来增加散热性能,而金属铝散热器表面的热辐射性能低。因此,其散热性能有进一步提闻的空间。
发明内容
[0003] 本发明的目的就是针对现有LED基板的散热能力不足,提供一种提闻LED基板散热性能的方法。
[0004] 本发明方法通过在基板的散热面上涂覆纳米碳管薄膜实现对LED基板的高效散热。
[0005] 一方面增加LED基板表面散热面积的同时,另一方面提高了基板在其工作温度下的红外热辐射性能,通过辐射降低表面温度。
[0006] 本发明方法的具体步骤是:
[0007] 步骤(I).将纳米碳管放入酸液中超声5〜10小时,用去离子水洗净过滤,经40〜70°C下真空干燥,得到纯净含氧官能团纳米碳管;所述的酸液为体积比为1:0.3〜3的浓HNO3和浓H2SO4的混合液;
[0008] 步骤(2).将偶联剂加入去离子水中,用醋酸调pH值到4〜5,搅拌至透明,加入无水乙醇溶液,搅拌均匀,形成偶联剂溶液;
[0009] 所述的偶联剂为娃烧偶联剂,具体是乙稀基二甲氧基娃烧、乙稀基二乙氧基娃烧、丙基三甲氧基硅烷中的一种,每升去离子水中加入0.2〜0.4升偶联剂;加入的无水乙醇溶液的量为加入的偶联剂体积的40〜60倍;
[0010] 步骤(3).将纯净含氧官能团纳米碳管加入偶联剂溶液中,50〜80°C水浴中搅拌60〜120分钟,过滤后经40〜70°C真空干燥;每克纯净含氧官能团纳米碳管加入80〜200ml偶联剂溶液;[0011] 步骤(4).制备纳米碳管涂料:将偶联化处理后的纳米碳管与成膜树脂按重量比1:2~5混合搅拌均匀成纳米碳管涂料;加入与所用成膜树脂相匹配的稀释剂,稀释剂的加入量按照树脂的使用说明;对需要固化剂的树脂加入固化剂,其种类和加入量按照树脂的使用说明;
[0012] 所述的成膜树脂为丙烯酸树脂或环氧树脂;
[0013] 步骤(5).将纳米碳管涂料均匀喷涂或刷涂在LED基板的散热表面,厚度小于等于60 μm,40~80°C下烘干,使涂料固化成膜。
[0014] 由于纳米碳管具有良好的热界面性能,其界面热阻为14.6mm2K/ff,因此,在热的传输过程中不会造成大的热阻。由于纳米碳管独特的能带结构,纳米碳管具有良好的红外性能。当温度上升后,纳米碳管内部电子空穴复合增加,会大大增加红外辐射性能。纳米碳管具有针尖结构,具有良好的尖端辐射性能。由于纳米碳管本身具有大的表面积,因此可以增加纳米碳管接触空气的表面积。综合以上效果,可以显著的把表面温度分散到空间,从而达到降低LED芯片表面的温度。
[0015] 本发明在LED基板表面涂覆纳米碳管能够增加LED基板的散热面积,提高LED基板的热红外辐射能力,从而能够显著提高散热性能,降低功率LED芯片表面的温度,在某些情况下免去铝散热片的使用,从而减小体积和降低成本。
具体实施方式
[0016] 下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0017] 实施例1.[0018] 步骤(1).将纳米碳管放入体积比为1:3的浓HNO3和浓H2SO4的混合液中,超声5小时,用去离子水洗净过滤,经40°C下真空干燥,得到纯净含氧官能团纳米碳管;
[0019] 步骤(2).将0.2升乙烯基三甲氧基硅烷加入I升去离子水中,用醋酸调pH值到
4.5,搅拌至透明,加入10升无水乙醇溶液,搅拌均匀,形成偶联剂溶液;
[0020] 步骤(3).将50克纯净含氧官能团纳米碳管加入10升偶联剂溶液中,50°C水浴中搅拌120分钟,过滤后经40°C真空干燥;
[0021] 步骤(4).将50克偶联化处理后的纳米碳管与100克丙烯酸树脂混合搅拌均匀成纳米碳管涂料,加入稀释剂至适合喷涂;
[0022] 步骤(5).将纳米碳管涂料均匀喷涂在LED基板的散热表面,喷涂厚度30 μ,m40°C下烘干,使涂料固化成膜。
[0023] 在6cm X 6cm的铝金属LED基板上安装6个LED芯片,LED芯片每个1W,对安装面的测试点A进行温度测试,没有喷涂纳米碳管涂料的LED基板测试值为94.TC,喷涂有纳米碳管涂料的LED基板测试值为58.3°C。由此可见,涂覆纳米碳管膜降低基板温度明显。
[0024] 实施例2.[0025] 步骤⑴.将纳米碳管放入体积比为1:1的浓HNO3和浓H2SO4的混合液中,超声8小时,用去离子水洗净过滤,经50°C下真空干燥,得到纯净含氧官能团纳米碳管;
[0026] 步骤(2).将0.3升乙烯基三乙氧基硅烷加入1升去离子水中,用醋酸调pH值到4,搅拌至透明,加入12升无水乙醇溶液,搅拌均匀,形成偶联剂溶液;
[0027] 步骤(3).将150克纯净含氧官能团纳米碳管加入12升偶联剂溶液中,60°C水浴中搅拌90分钟,过滤后经50°C真空干燥;
[0028] 步骤(4).将150克偶联化处理后的纳米碳管与500克环氧树脂混合搅拌均匀成纳米碳管涂料;为适合刷涂工艺,加入适量与所用环氧树脂相匹配的稀释剂和固化剂;
[0029] 步骤(5).将纳米碳管涂料均匀刷涂在LED基板的散热表面,刷涂厚度60 '賺,80°C下烘干,使涂料固化成膜。
[0030] 按实例I方法对喷涂有纳米碳管涂料的LED基板测试,测试结果为57.2°C。相比没有喷涂纳米碳管涂料的LED基板的94.7°C,涂覆纳米碳管膜降低基板温度明显。
[0031] 实施例3.[0032] 步骤(1).将纳米碳管放入体积比为1:0.3的浓HNO3和浓H2SO4的混合液中,超声10小时,用去离子水洗净过滤,经70°C下真空干燥,得到纯净含氧官能团纳米碳管;
[0033] 步骤(2).将0.4升丙基三甲氧基硅烷加入I升去离子水中,用醋酸调pH值到5,搅拌至透明,加入24升无水乙醇溶液,搅拌均匀,形成偶联剂溶液;
[0034] 步骤(3).将200克纯净含氧官能团纳米碳管加入24升偶联剂溶液中,80°C水浴中搅拌60分钟,过滤后经70°C真空干燥;
[0035] 步骤(4).将200克偶联化处理后的纳米碳管与1000克丙烯酸树脂混合搅拌均匀成纳米碳管涂料,加入稀释剂至适合喷涂;
[0036] 步骤(5).将纳米碳管涂料均匀喷涂在LED基板的散热表面,喷涂厚度40 ,60°C下烘干,使涂料固化成膜。
[0037] 按实例I对喷涂有纳米碳管涂料的LED基板测试,测试结果为59.(TC。相比没有喷涂纳米碳管涂料的LED基板的94.7V,涂覆纳米碳管膜降低基板温度明显。

Claims (3)

1.一种提高LED基板散热性能的方法,特征在于该方法的具体步骤是: 步骤(I).将纳米碳管放入酸液中超声5〜10小时,用去离子水洗净过滤,经40〜70°C下真空干燥,得到纯净含氧官能团纳米碳管; 所述的酸液为体积比为1:0.3〜3的浓HNO3和浓H2SO4的混合液; 步骤(2).将偶联剂加入去离子水中,用醋酸调pH值到4〜5,搅拌至透明,加入无水乙醇溶液,搅拌均匀,形成偶联剂溶液;每升去离子水中加入0.2〜0.4升偶联剂;加入的无水乙醇溶液的量为加入的偶联剂体积的40〜60倍; 步骤(3).将纯净含氧官能团纳米碳管加入偶联剂溶液中,50〜80°C水浴中搅拌60〜120分钟,过滤后经40〜70°C真空干燥;每克纯净含氧官能团纳米碳管加入80〜200ml偶联剂溶液; 步骤(4).将偶联化处理后的纳米碳管与成膜树脂按重量比1:2〜5混合搅拌均匀成纳米碳管涂料; 步骤(5).将纳米碳管涂料均匀喷涂或刷涂在LED基板的散热表面,40〜80°C下烘干,使涂料固化成膜。
2.如权利要求1所述的一种提高LED基板散热性能的方法,特征在于:步骤(2)中所述的偶联剂为娃烧偶联剂,具体是乙稀基二甲氧基娃烧、乙稀基二乙氧基娃烧、丙基二甲氧基娃烧中的一种。
3.如权利要求1所述的一种提高LED基板散热性能的方法,特征在于:步骤(4)所述的成膜树脂为丙烯酸树脂或环氧树脂。
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