破譯稀土大功率LED燈具技術(shù)密碼

據(jù)調(diào)查，在LED路燈工程中安裝的幾十萬只LED路燈，普遍的熱平衡后光效 40-60 lm/W，80%的產(chǎn)品2000h的光通維持率也只有80%左右。而研制成功應(yīng)用的稀土大功率LED燈具熱平衡后光效達(dá)到90 lm/W以上，其技術(shù)數(shù)據(jù)水平也超過發(fā)改委、建設(shè)部和交通部三部委聯(lián)合發(fā)布的《半導(dǎo)體照明產(chǎn)品技術(shù)要求》2010版規(guī)定的光效大于85 lm/W和光通維持率10000h大于86%的要求。

一、結(jié)構(gòu)模式對(duì)比

1、整體燈具結(jié)構(gòu)對(duì)比

單片式LED燈具巧妙的將散熱器和燈殼一體化設(shè)置，然后將LED光源固連于燈殼散熱器導(dǎo)熱基板，配光透鏡與導(dǎo)熱基板間形成的光源腔防護(hù)等級(jí)IP67，因此可以省略燈殼以及燈罩，燈具由燈殼散熱器、LED光源、配光組件和驅(qū)動(dòng)電源四大部件構(gòu)成，最大限度地簡化燈具結(jié)構(gòu)，降低成本。

稀土大功率LED燈具除了結(jié)構(gòu)簡化外還集成了以下技術(shù):散熱器與燈殼一體化散熱結(jié)構(gòu)，單片式結(jié)構(gòu)，使燈具完全裸露在環(huán)境空氣中，無蓄熱空腔存在;稀土合金材料制作的散熱器導(dǎo)熱率高熱阻低，稀土合金均溫板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使熱量散發(fā)均勻，無高溫區(qū)域;不同導(dǎo)熱材料之間的精密配合技術(shù)和熱變形模數(shù)匹配技術(shù)，使接觸緊密、熱阻低;使用高效導(dǎo)熱介質(zhì)材料，降低接觸面熱阻;運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)以及熱力學(xué)原理設(shè)計(jì)穿孔立體網(wǎng)格狀散熱器形成“煙囪式”散熱方式，加速空氣對(duì)流循環(huán)，同時(shí)過孔結(jié)構(gòu)使灰塵無處依附，保證了散熱片與空氣的直接接觸面積;納米的熱輻射涂層，增加了燈具的熱輻射能力。

2、光源封裝結(jié)構(gòu)對(duì)比

傳統(tǒng)LED光源一般多為Ф5系列或瓦級(jí)單顆LED封裝而成，功率和光通均較小，應(yīng)用于大功率照明時(shí)就需多顆陣列排列實(shí)現(xiàn)大功率要求。其封裝結(jié)構(gòu)如圖所示，透鏡一般采用樹脂材料制成，而樹脂材料隨著時(shí)間、溫度以及紫外線的影響會(huì)變質(zhì)發(fā)黃，引起LED光源光衰。

銅基鍍銀集成光源模塊采用集成芯片封裝技術(shù)在約2.5×2.5 cm的面積上實(shí)現(xiàn)單顆LED光源百瓦級(jí)、光通量可達(dá)10000lm以上，光源發(fā)光效率大于 100 lm/w，工作壽命大于50000小時(shí)。通過配光透鏡的組合，使光照范圍可控，照度均勻度高。

多顆集成封裝時(shí)采用多顆LED光源集成封裝在模塊支架內(nèi)實(shí)現(xiàn)照明用大功率要求。由于僅把LED晶粒集成封裝，未從材料選用以及散熱結(jié)構(gòu)上多加改進(jìn)，反而使光源的光效降低、結(jié)溫升高、壽命縮短，光衰更為嚴(yán)重。

而先進(jìn)的陶瓷基集成光源和室溫液態(tài)金屬集成光源，產(chǎn)品綜合應(yīng)用了稀土熒光粉、稀土陶瓷LED封裝基板、稀土室溫液態(tài)金屬等新材料和工藝。

稀土熒光粉:實(shí)現(xiàn)熒光粉的激發(fā)波長與芯片的發(fā)射波長相匹配，大大提高光轉(zhuǎn)換效率;稀土離子激活熒光粉材料，增加了穩(wěn)定性，提高LED的光色質(zhì)量和光效。

稀土陶瓷LED封裝基板:采用高導(dǎo)熱性能的稀土陶瓷LED封裝基板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬基板，減少熱應(yīng)力變形，提高LED光源的可靠性。

稀土室溫液態(tài)金屬:采用低熱阻的稀土室溫液態(tài)金屬，取代傳統(tǒng)的固晶銀膠和導(dǎo)熱膏做粘接劑和填充劑，打破了大功率LED光源到散熱器的導(dǎo)熱瓶頸，使LED晶片的結(jié)溫接近散熱器溫度;

3、配光透鏡結(jié)構(gòu)對(duì)比

傳統(tǒng)配光透鏡一般樹脂材料模壓成型，適用于單顆封裝LED光源的配光，新型配光透鏡由光學(xué)玻璃制作而成，材料中添加稀土元素，降低透鏡對(duì)光的吸收和修正折射率，減少光的色散;同時(shí)，在光學(xué)玻璃透鏡上鍍稀土化合物增透膜和減反射膜，增加光的透過率，減少光損和因透鏡材料引起的光衰，為是燈具適合不同場合的配光要求，如下列幾款產(chǎn)品:

二、稀土新材料的應(yīng)用及其解決的技術(shù)問題

在大功率LED燈具設(shè)計(jì)制造的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)上創(chuàng)新性地集成應(yīng)用了稀土材料技術(shù)，成功地將各種優(yōu)秀的稀土材料技術(shù)集成運(yùn)用于LED中、下游產(chǎn)品。逐一地攻克大功率LED燈具的光效、光衰、配光、光色、導(dǎo)熱、散熱、可靠性等LED照明燈具中的關(guān)鍵技術(shù)，形成了科學(xué)的系統(tǒng)解決方案。

① 在LED封裝熒光粉中摻入稀土元素，實(shí)現(xiàn)熒光粉的激發(fā)波長與芯片的發(fā)射波長相匹配，大大提高光轉(zhuǎn)換效率。采用低熱阻的稀土室溫液態(tài)金屬，取代傳統(tǒng)的固晶銀膠和導(dǎo)熱膏做粘接劑和填充劑，打破了大功率LED光源到散熱器的導(dǎo)熱瓶頸，使LED晶片的結(jié)溫接近散熱器溫度;采用高導(dǎo)熱性能的稀土陶瓷LED封裝基板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬基板，減少熱應(yīng)力變形，提高LED光源的可靠性。

② 在配光透鏡的光學(xué)玻璃材料中添加稀土元素，降低透鏡對(duì)光的吸收和修正折射率，減少光的色散;同時(shí)，在光學(xué)玻璃透鏡上鍍稀土化合物增透膜和減反射膜，增加光的透過率，減少光損和因透鏡材料引起的光衰;

③ 采用稀土合金材料制作燈具散熱器，稀土散熱器的材料導(dǎo)熱能力比普通鋁合金提高2倍以上，解決大功率LED燈具的世界性散熱難題;采用新型具有吸熱快和紅外輻射散熱性能強(qiáng)的稀土納米油漆代替?zhèn)鹘y(tǒng)燈具外殼的噴塑和油漆材料，極大地提高熱發(fā)散能力。