工程師淺談:LED照明的設(shè)計經(jīng)驗

LED照明產(chǎn)品最關(guān)鍵的幾個部分通俗的說就是配光、結(jié)構(gòu)、電子，而配光、結(jié)構(gòu)、電子用專業(yè)術(shù)語表達為：光性能、熱性能、電性能。在此同時，配光尤為重要，不懂配光，就做不好LED照明,確定用誰的LED封裝結(jié)構(gòu);接下來考慮怎樣適應(yīng)這些封裝形式。

熱性能(結(jié)構(gòu))

照明用的LED發(fā)光效率和功率的提供是LED產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵之一，在此同時，LED的PN結(jié)溫度及殼體散熱問題顯得尤為重要。PN結(jié)溫與燈體溫度差異越大，那么熱阻越大，隨之光能被轉(zhuǎn)換成熱能白白消耗掉，嚴(yán)重時LED損壞。一個好的結(jié)構(gòu)工程師，不僅要考慮燈具的結(jié)構(gòu)與LED的熱阻，還要考慮燈具的外形是否合理、時尚、新穎，當(dāng)然還有可靠性和可維護性以及實用性，即要站在設(shè)計者的角度去思考，又要站在用戶的角度去考量產(chǎn)品…

1、最短的熱傳到路徑，減小熱傳導(dǎo)阻力;

2、增大相互傳導(dǎo)面積，增加熱傳到速度;

3、合理的計算設(shè)計散熱面積;

4、有效的利用熱容量效應(yīng)。

目前上游龍企業(yè)，比如CREE已經(jīng)可以做到的芯片光效可以達到130-150lm/W。但是LED結(jié)溫高低直接影響到LED出光效率、器件壽命、可靠性、發(fā)射波長等。保持LED結(jié)溫在允許的范圍內(nèi)，是大功率LED芯片制備、器件封裝和器件應(yīng)用等每個環(huán)節(jié)都必須重點研究的關(guān)鍵因素，尤其是LED器件封裝和器件應(yīng)用設(shè)計必須著重解決的核心問題。

現(xiàn)在主流的應(yīng)用技術(shù)材質(zhì)是用鋁基板來封裝，但是鋁基板封裝的芯片散熱和光轉(zhuǎn)換效率都存在技術(shù)核心瓶頸，不能有效地控制結(jié)溫和穩(wěn)定地維持高功率的光輸出，并且應(yīng)用會因為芯片光效越高，所需的鋁基板面積就越大，會加大成本和應(yīng)用體積，極為不便。所以如何走出此誤區(qū)另辟新路是新的技術(shù)核心特點。在保持低成本和被動散熱方式的前提下，利用高導(dǎo)熱介質(zhì)，通過嶄新的器件/燈具整體結(jié)構(gòu)，降低熱阻，降低PN結(jié)結(jié)溫，使PN結(jié)工作在允許工作溫度內(nèi)，保持最大量光子輸出,其起碼的要求如下：(1)超低熱阻材料，快速散熱整體結(jié)構(gòu)技術(shù);

(2)高導(dǎo)熱、抗UV封裝技術(shù);

(3)應(yīng)用低環(huán)境應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù);

(4)整體熱阻20K/W，結(jié)溫80度;

(5)LED光源照明模組工作溫度控制在65℃以下。

光性能(配光)

LED的光學(xué)性能主要涉及到光譜、光度和色度等方面的性能要求。根據(jù)新制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“半導(dǎo)體發(fā)光二極管測試方法”，主要有發(fā)光峰值波長、光譜輻射帶寬、軸向發(fā)光強度角、光通量、輻射通量、發(fā)光效率、色品坐標(biāo)、相關(guān)色溫、色純度和主波長、顯色指數(shù)等參數(shù)。顯示用的LED，主要是視覺的直觀效果，因此對相關(guān)顯色指數(shù)不作要求，而照明用的白光LED，色溫、顯色指數(shù)和照度就尤為重要，它是照明氣氛和效果的重要指標(biāo)，而色純度和主波長一般沒有要求。

目前全球LED行業(yè)內(nèi)的主流做法是在封裝LED芯片形成光源或光源模組以后，在做成燈具的時候再進行配光，這樣采用的是原有傳統(tǒng)光源的做法，因為傳統(tǒng)光源是360°發(fā)光。如果要把光導(dǎo)到應(yīng)用端，目前飛利浦的傳統(tǒng)燈具做到最好的一款，光損失也達到40%。而我們國內(nèi)眾多的LED下游廠家應(yīng)用的燈具光學(xué)參數(shù)其實都是芯片或者光源的光學(xué)參數(shù)，而不是整體燈具的的光學(xué)指標(biāo)參數(shù)。現(xiàn)在最先進的科學(xué)方法是在芯片封裝上就做配光，一次把芯片的光導(dǎo)出來，維持最大的光輸出，這樣光損率只有5%-10%。隨著技術(shù)的不斷改進，光損率將會越來越低，光源的光效會越來越高。同樣配有這樣的光源燈具無需再做配光，相對的燈具效率將會大大提高，使之更為廣泛地使用到功能性照明之中，形成相當(dāng)規(guī)模的市場渠道。因此一個好的LED供應(yīng)商，是我們當(dāng)務(wù)之急，我們沒必要花高代價去研究我們的LED如何去配光為好，也不需要花很多時間和經(jīng)歷讓工程師去用軟件仿真，最簡單的方法就是讓LED白光供應(yīng)商來配合。要知道，我們的工程師如用軟件去仿真，那么必需的動作就是輸入和輸出。輸入即前期的數(shù)據(jù)導(dǎo)入，輸出則仿真的結(jié)果，那么要求前期的數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確無誤后端的仿真才能正確。

電性能(電子)

如果把一個照明燈具比喻成一個少女，