工程師淺談:LED照明的設計經驗

LED照明產品最關鍵的幾個部分通俗的說就是配光、結構、電子，而配光、結構、電子用專業術語表達為：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封裝結構;接下來考慮怎樣適應這些封裝形式。

熱性能(結構)

照明用的LED發光效率和功率的提供是LED產業的關鍵之一，在此同時，LED的PN結溫度及殼體散熱問題顯得尤為重要。PN結溫與燈體溫度差異越大，那么熱阻越大，隨之光能被轉換成熱能白白消耗掉，嚴重時LED損壞。一個好的結構工程師，不僅要考慮燈具的結構與LED的熱阻，還要考慮燈具的外形是否合理、時尚、新穎，當然還有可靠性和可維護性以及實用性，即要站在設計者的角度去思考，又要站在用戶的角度去考量產品…

1、最短的熱傳到路徑，減小熱傳導阻力;

2、增大相互傳導面積，增加熱傳到速度;

3、合理的計算設計散熱面積;

4、有效的利用熱容量效應。

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

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

(2)高導熱、抗UV封裝技術;

(3)應用低環境應力結構技術;

(4)整體熱阻20K/W，結溫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的光學性能主要涉及到光譜、光度和色度等方面的性能要求。根據新制定的行業標準“半導體發光二極管測試方法”，主要有發光峰值波長、光譜輻射帶寬、軸向發光強度角、光通量、輻射通量、發光效率、色品坐標、相關色溫、色純度和主波長、顯色指數等參數。顯示用的LED，主要是視覺的直觀效果，因此對相關顯色指數不作要求，而照明用的白光LED，色溫、顯色指數和照度就尤為重要，它是照明氣氛和效果的重要指標，而色純度和主波長一般沒有要求。

目前全球LED行業內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光源的做法，因為傳統光源是360°發光。如果要把光導到應用端，目前飛利浦的傳統燈具做到最好的一款，光損失也達到40%。而我們國內眾多的LED下游廠家應用的燈具光學參數其實都是芯片或者光源的光學參數，而不是整體燈具的的光學指標參數。現在最先進的科學方法是在芯片封裝上就做配光，一次把芯片的光導出來，維持最大的光輸出，這樣光損率只有5%-10%。隨著技術的不斷改進，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，形成相當規模的市場渠道。因此一個好的LED供應商，是我們當務之急，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。輸入即前期的數據導入，輸出則仿真的結果，那么要求前期的數據必須準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，