LED燈具

       發(fā)光二極管燈具以其高效、節(jié)能、安全、長壽、小巧、清晰光線等技術(shù)特點(diǎn)，正在成為新一代照明市場的主力產(chǎn)品，且有力地拉動(dòng)環(huán)保節(jié)能產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。

概述

       半導(dǎo)體發(fā)光二極管燈具即LED（Light Emitting Diode）燈具，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件。它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，在半導(dǎo)體中通過載流子發(fā)生復(fù)合放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光。LED照明產(chǎn)品就是利用LED作為光源制造出來的照明器具。

發(fā)光原理

       PN結(jié)的端電壓構(gòu)成一定勢壘，當(dāng)加正向偏置電壓時(shí)勢壘下降，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，所以會(huì)出現(xiàn)大量電子向P區(qū)擴(kuò)散，構(gòu)成對(duì)P區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價(jià)帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時(shí)得到的能量以光能的形式釋放出去。這就是PN結(jié)發(fā)光的原理。

發(fā)展階段

       隨著LED照明燈具的逐步發(fā)展，在亮化工程輔助照明等公共場合，LED照明燈具漸漸替代了一些傳統(tǒng)光源產(chǎn)品。2009年，LED燈具開始在發(fā)達(dá)國家進(jìn)入主照明普及。作為LED照明燈具的用途，LED市場發(fā)展分幾個(gè)階段。

       第一階段，LED燈具替代接受階段。這一階段指的是LED燈具在發(fā)展初期，主要體現(xiàn)出其光效高(，壽命長的特點(diǎn)。因?yàn)槭蹆r(jià)高，所以在這一階段主要為商照市場?？蛻粲幸粋€(gè)接受的過程，首先是使用習(xí)慣和外觀上的過渡與接受。在與傳統(tǒng)光源一致的使用情況下，LED燈具體現(xiàn)出的節(jié)電，長壽等特點(diǎn)使得市場容易接受它的相對(duì)高價(jià)。尤其是在商用場合。各廠商拼的是質(zhì)量價(jià)格優(yōu)勢。

       第二階段，LED燈具實(shí)用新型階段。在上一階段的基礎(chǔ)上，市場對(duì)LED燈具產(chǎn)品有了一定的認(rèn)可和接受。LED燈具的環(huán)保，體積小，高可靠性等其他特性逐漸凸顯出來。由此而開發(fā)的一系列完全有別于傳統(tǒng)光源應(yīng)用的產(chǎn)品會(huì)大行其道。照明行業(yè)會(huì)出現(xiàn)更大更廣的一個(gè)發(fā)展空間。光源不再是僅僅起到照明作用，它的多變使得更貼切人們工作生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。各廠商拼的是設(shè)計(jì)應(yīng)用優(yōu)勢。

       第三階段，LED燈具智能控制階段。隨著物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的發(fā)展，LED作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，也將搭上這趟高速列車，發(fā)揮出其高可控性特點(diǎn)。從家庭到辦公樓，從道路到隧道，從汽車到步行，從輔助照明到主照明，具備智能控制的LED照明燈具系統(tǒng)將給人類帶來更高等級(jí)的服務(wù)。

LED燈具優(yōu)點(diǎn)

       1、節(jié)能. 白光LED的能耗僅為白熾燈的1/10，節(jié)能燈的1/4.

       2、長壽. 壽命可達(dá)10萬小時(shí)以上,對(duì)普通家庭照明可謂"一勞永逸".

       3、可以工作在高速狀態(tài).節(jié)能燈如果頻繁的啟動(dòng)或關(guān)斷燈絲就會(huì)發(fā)黑很快的壞掉.

       4、固態(tài)封裝，屬于冷光源類型。所以它很方便運(yùn)輸和安裝，可以被裝置在任何微型和封閉的設(shè)備中，不怕振動(dòng)，主要考慮的就是散熱。

       5、LED燈具技術(shù)正日新月異的在進(jìn)步，它的發(fā)光效率正在取得驚人的突破，價(jià)格也在不斷的降低。一個(gè)白光LED燈具進(jìn)入家庭的時(shí)代正在迅速到來。

        6、環(huán)保，沒有汞的有害物質(zhì)。LED燈的組裝部件可以非常容易的拆裝，不用廠家回收都可以通過其它人回收。

       總結(jié)：很明顯，只要LED燈具的成本隨led技術(shù)的不斷提高而降低。節(jié)能燈及白熾燈必然會(huì)被LED燈具所取代。目前國家越來越重視照明節(jié)能及環(huán)保問題，已經(jīng)在大力推行使用LED燈具了。特別是政府改造路燈項(xiàng)目首先就是LED路燈，就指明得用LED路燈可見LED燈具替代節(jié)能燈、白熾燈的勢頭。

LED燈具設(shè)計(jì)需要注意的幾點(diǎn)

一、戶外照明設(shè)計(jì)師必須考慮的戶外LED燈具的工作環(huán)境

       LED戶外照明燈具由于工作環(huán)境比較復(fù)雜，受溫度、紫外線、濕度、下雨天雨水、沙塵、化學(xué)氣體等自然條件的影響，時(shí)間一長，就會(huì)到致LED光衰嚴(yán)重的問題。所以終上考慮，戶外照明設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)考慮這些外部環(huán)境因素的對(duì)LED戶外照明燈具的影響。

二、戶外LED燈具在散熱材料選擇方面應(yīng)該注意的事項(xiàng)

       外殼和散熱器設(shè)計(jì)為一體，用來解決LED的發(fā)熱問題，這種方式較好，一般選用鋁或鋁合金，銅材或銅合金，以及導(dǎo)熱良好的其它合金。散熱有空氣對(duì)流散熱、強(qiáng)風(fēng)冷卻散熱和熱管散熱，(噴氣致冷散熱也是類似熱管散熱的一種，但結(jié)構(gòu)更復(fù)雜一些。

       選擇什么樣的散熱方式，對(duì)燈具的成本有直接影響，應(yīng)綜合考慮，與設(shè)計(jì)產(chǎn)品配套選出最佳方案?！　粽值脑O(shè)計(jì)選材也是至關(guān)重要，目前使用的有透明有機(jī)玻璃，PC材料等，傳統(tǒng)的燈罩是透明玻璃制品，究竟選什么樣材料的燈罩跟設(shè)計(jì)的產(chǎn)品檔次定位有關(guān)，一般來說，室外燈具的燈罩最好是傳統(tǒng)的玻璃制品，它是制造長壽命，高檔燈具的最佳選擇。采用透明塑料、有機(jī)玻璃等材料做的燈罩，做室內(nèi)燈具的燈罩較好，用于室外則壽命有限，因?yàn)槭彝怅柟?、紫外線、沙塵、化學(xué)氣體、晝夜溫差變化等因素使燈罩老化壽命減短,其次是污染了不易清結(jié)干凈，使燈罩透明度降低影響光線輸出。

三、戶外LED芯片的封裝技術(shù)

       目前國內(nèi)生產(chǎn)的LED燈具(主要是路燈)大都是采用1W的LED多個(gè)串、并聯(lián)進(jìn)行組裝，這種方法熱阻較先進(jìn)封裝技術(shù)的產(chǎn)品高，不容易造出高品質(zhì)的燈具?；蛘呤遣捎?0W、50W甚至更大的模組進(jìn)行組裝，以達(dá)到所需要的功率，這些LED的封裝材料有用環(huán)氧樹脂封裝，有用硅膠封裝的。二者的區(qū)別是：環(huán)氧樹脂封裝耐溫較差，時(shí)間久了易老化。硅膠封裝則耐溫較好，使用時(shí)應(yīng)注意選擇。

       采用多芯片與散熱器整體封裝比較好，或采用鋁基板多芯片封裝再通過相變材料或散熱硅脂與散熱器相聯(lián)接，做出的產(chǎn)品熱阻比用LED器件組裝的產(chǎn)品的熱阻要少一至二道熱阻，更利于散熱。采用LED模組的燈具，模組基板一般為銅基板，它與外散熱器的聯(lián)接要使用好的相變材料，或好的散熱硅脂，保證銅基板上的熱量能及時(shí)傳到外散熱器上去，如處理不好則易使熱量堆積造成模組芯片溫度升得太高，影響led芯片正常工作。筆者認(rèn)為：多芯片封裝適合制造普通照明燈具，模組封裝適合空間有限的場合制造緊湊型led燈具(如汽車主照明的頭燈等)。　

四、在戶外LED燈具散熱器設(shè)計(jì)方面的研究　　

       散熱器是led燈具很關(guān)鍵的一個(gè)部件，它的形狀、體積、散熱表面積都要設(shè)計(jì)得洽到好處，散熱器太小，led燈工作溫度太高，影響發(fā)光效率和壽命，散熱器太大，則消耗材料多增加產(chǎn)品成本和重量，使產(chǎn)品竟?fàn)幜ο陆?。設(shè)計(jì)合適的led燈散熱器至關(guān)重要。散熱器的設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)部分：

       1.明確LED燈需要散熱的功率。

       2.設(shè)計(jì)散熱器用的一些參數(shù)：金屬的比熱，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)，芯片熱阻、散熱器熱阻、周圍環(huán)境空氣熱阻等。

       3.確定采用散的類型，(自然對(duì)流散熱、強(qiáng)風(fēng)冷卻、熱管散熱，以及其它的散熱散熱方式。從造價(jià)比較：自然對(duì)流散熱造價(jià)最低，強(qiáng)風(fēng)冷卻中等，熱管散熱造價(jià)較高，噴氣致冷造價(jià)最高。

       4.確定LED燈具許可的最高工作溫度(環(huán)境溫度加燈具許可溫升)，

       5.計(jì)算散熱器的體積、散熱面積。并確定散熱器的形狀。

       6.將散熱器與LED燈組合成完整燈具，并通電工作八小時(shí)以上，在室溫39℃--40℃的環(huán)境下檢查燈具的溫度，看是否滿足散熱要求，以檢驗(yàn)計(jì)算是否正確，如不滿足使用條件，則要重新計(jì)算和調(diào)整參數(shù)。

       7.散熱器與燈罩的密封要做到防水、防塵，燈罩與散熱器之間要墊抗老化的橡皮墊或硅橡膠墊，用不銹鋼螺栓緊固，做到密封防水、防塵

       通過以上四點(diǎn)注意事項(xiàng)，再參照我國頒布的最新室外照明燈具技術(shù)規(guī)范，以及城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這是戶外照明設(shè)計(jì)師在必備的最基本知識(shí)。