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解析稀土大功率LED灯具技术密码
日期：2010-10-9|来源：中国照明网-通讯员|访问：3028次|
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　　前言：
　　为推动节能减排，促进LED照明照明行业健康快速发展，2009初年，科技部启动了“十城万盏”LED照明照明应用工程试点工作，涵盖北京、上海、深圳、武汉等21个城市入选试点城市，在guo jia政策和利益驱使下，众多企业纷纷投身其中，一时间LED成为科技、节能和可持续发展的代名词，就此推广应用LED 的大幕迅速拉开。
　　时隔一年，这些试点城市的LED照明照明应用和推广工作进展如何？作为试点，又能给其他意欲发展LED照明照明产业的城市提供哪些有益的借鉴？从今年7月开始，guo jiaLED照明照明设计研发及产业联盟对这些试点城市展开了调研，搜集了这些地区的“施政经验”，以期更好地促进LED照明照明行业的健康发展。
　　正文：
　　LED照明是未来的发展方向，然而，由于技术的不成熟以及急功近利，在推广过程中暴露出诸多问题。众多专家也透过十城万盏项目的推行，重新审视整个LED产业的发展状况。在LED路灯工程中安装的几十万只LED路灯的技术质量水平令人担忧，普遍地热平衡后光效 40-60 lm/W，80%的产品2000h的光通维持率也只有80%左右。
　　是不是市场上所有产品都是如此呢？也不尽然，LED应用的成功案例主要体现在景观照明和隧道照明上，例如上海世博会应用了10万盏LED灯具，经过近五个月的高温考验，其光通维持率和早期失效率均处于先进水平，长江隧道照明工程采用的LED隧道灯具平均光通维持率98%。苏州中泽光电科技有限公司生产的稀土大功率LED灯具热平衡后光效达到90 lm/W以上，其技术数据水平已经超过本次发改委、建设部和交通部三部委联合发布的《LED照明照明产品技术要求》2010版规定的光效大于85 lm/W和光通维持率10000h大于86%的要求。为此，现对苏州中泽光电科技有限公司生产的稀土大功率LED灯具对比市场常见LED灯具进行技术剖析。
　　一、结构模式的对比　　1、整体灯具结构对比　　常见LED灯具主要有分立式LED灯具和集成大功率LED灯具两种模式。分立式LED灯具是以多颗单颗封装LED光源通过阵列排列实现大功率要求，其光源较多，结构复杂，容易出现线路故障，再加上单颗LED光源一般采用树脂透镜封装成型，树脂材料随时间、温度以及紫外线的影响会黄花老化，引起光衰，影响照明效果，有时为了灯具整体美观和防护等级的要求而把光源、散热器以及驱动电源等部件置于灯壳内，这样进一步阻碍了热量的散发。集成大功率LED灯具是采用单颗几十瓦的光源，单个或几个光源组成灯具的安装方式，其通常做法是将散热器外置，可直接与空气接触，LED光源固定安装于金属导热基板，导热基板上设置平行的散热鳍片，这种结构的LED灯具较多颗阵列组合式灯具虽有一些进步，但也造成了二次配光和灯具散热结构设计的难度，散热器虽与空气直接接触，但不能形成空气对流，散热效率并不太高，恶劣环境下风沙以及灰尘的沉积会进一步降低散热效果。
　　通过对LED灯具原理以及市场上LED灯具缺陷的研究，中泽创造性的提出了单片式LED灯具的设计构想，彻底摒弃传统灯具上下壳加透明灯罩的结构，巧妙的将散热器和灯壳一体化设置，然后将LED光源固连于灯壳散热器导热基板，配光透镜与导热基板间形成的光源腔防护等级IP67，因此可以省略灯壳以及灯罩，灯具由灯壳散热器、LED光源、配光组件和驱动电源四大部件构成，最大限度地简化灯具结构，降低成本。
　　稀土大功率LED灯具除了结构简化外还集成了以下技术：散热器与灯壳一体化散热结构，单片式结构，使灯具完全裸露在环境空气中，无蓄热空腔存在；稀土合金材料制作的散热器导热率高热阻低，稀土合金均温板结构设计使热量散发均匀，无高温区域；不同导热材料之间的精密配合技术和热变形模数匹配技术，使接触紧密、热阻低；使用高效导热介质材料，降低接触面热阻；运用空气动力学以及热力学原理设计穿孔立体网格状散热器形成“烟囱式”散热方式，加速空气对流循环，同时过孔结构使灰尘无处依附，保证了散热片与空气的直接接触面积；纳米的热辐射涂层，增加了灯具的热辐射能力。

稀土大功率LED路灯分解图

稀土大功率LED路灯

稀土大功率LED路灯分解图2、光源封装结构对比　　传统LED光源一般多为Ф5系列或瓦级单颗LED封装而成，功率和光通均较小，应用于大功率照明时就需多颗阵列排列实现大功率要求。其封装结构如图所示，透镜一般采用树脂材料制成，而树脂材料随着时间、温度以及紫外线的影响会变质发黄，引起LED光源光衰。
传统光源
传统光源结构　　铜基镀银集成光源模块采用集成芯片封装技术在约2.5×2.5 cm的面积上实现单颗LED光源百瓦级、光通量可达10000lm以上，光源发光效率大于 100 lm/w，工作寿命大于50000小时。通过配光透镜的组合，使光照范围可控，照度均匀度高。
铜基镀银集成光源　　多颗集成封装时采用多颗LED光源集成封装在模块支架内实现照明用大功率要求。由于仅把LED晶粒集成封装，未从材料选用以及散热结构上多加改进，反而使光源的光效降低、结温升高、寿命缩短，光衰更为严重。
　　为解决上述问题，中泽光电成功研制出先进的陶瓷基集成光源和室温液态金属集成光源，产品综合应用了稀土荧光粉、稀土陶瓷LED封装基板、稀土室温液态金属等新材料和工艺。
　　稀土荧光粉：实现荧光粉的激发波长与芯片的发射波长相匹配，大大提高光转换效率；稀土离子激活荧光粉材料，增加了稳定性，提高LED的光色质量和光效。
　　稀土陶瓷LED封装基板：采用高导热性能的稀土陶瓷LED封装基板代替传统的金属基板，减少热应力变形，提高LED光源的可靠性。　　稀土室温液态金属：采用低热阻的稀土室温液态金属，取代传统的固晶银胶和导热膏做粘接剂和填充剂，打破了大功率LED光源到散热器的导热瓶颈，使LED晶片的结温接近散热器温度；

陶瓷共银集成光源

室温液态金属集成光源3、配光透镜结构对比　　传统配光透镜一般树脂材料模压成型，适用于单颗封装LED光源的配光，新型配光透镜由光学玻璃制作而成，材料中添加稀土元素，降低透镜对光的吸收和修正折射率，减少光的色散；同时，在光学玻璃透镜上镀稀土化合物增透膜和减反射膜，增加光的透过率，减少光损和因透镜材料引起的光衰，为是灯具适合不同场合的配光要求，公司开发了如下几款产品。
偏心透镜

矩型透镜

圆型透镜　　4、灯壳散热器结构对比　　常见LED灯具散热器为铝材压铸或挤压而成鳍片状散热器，如下图所示：


传统鳍片状散热器　　新型穿孔网格立体散热器结构，增加散热面积，运用热力学和空气动力学原理，加速空气受热后自然循环，提高散热效果，降低散热器温度，使LED结温下降。


穿孔网格立体散热器　　上图所示的穿孔网格立体散热器，该散热器的工作原理是：LED光源的热传到穿孔网格立体散热器上时与周边的空气形成热交换，被加热的周边空气发生体积膨胀、质量变轻而自然向上流，下面的未被加热的冷空气因气压作用自然补充上来，又被穿孔网格状散热器加热上升，这样源源不断发生了与空气自然循环热量交换，空气上升使散热器的热量不断交换到环境空气中，保证了LED光源工作在可靠的温度条件下，而LED光源结点所发出的热源反而成了空气热交换的动力源，这一科学原理的运用使我们突破了LED光源难散热的技术瓶颈。
二、散热通道的对比
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