LED燈具

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

概述

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

發(fā)光原理

       PN結的端電壓構成一定勢壘，當加正向偏置電壓時勢壘下降，P區(qū)和N區(qū)的多數載流子向對方擴散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，所以會出現大量電子向P區(qū)擴散，構成對P區(qū)少數載流子的注入。這些電子與價帶上的空穴復合，復合時得到的能量以光能的形式釋放出去。這就是PN結發(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光源產品。2009年，LED燈具開始在發(fā)達國家進入主照明普及。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，主要體現出其光效高(，壽命長的特點。因為售價高，所以在這一階段主要為商照市場。客戶有一個接受的過程，首先是使用習慣和外觀上的過渡與接受。在與傳統光源一致的使用情況下，LED燈具體現出的節(jié)電，長壽等特點使得市場容易接受它的相對高價。尤其是在商用場合。各廠商拼的是質量價格優(yōu)勢。

       第二階段，LED燈具實用新型階段。在上一階段的基礎上，市場對LED燈具產品有了一定的認可和接受。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光源應用的產品會大行其道。照明行業(yè)會出現更大更廣的一個發(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點滴滴。各廠商拼的是設計應用優(yōu)勢。

       第三階段，LED燈具智能控制階段。隨著物聯網等新技術的發(fā)展，LED作為半導體產業(yè)，也將搭上這趟高速列車，發(fā)揮出其高可控性特點。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照明燈具系統將給人類帶來更高等級的服務。

LED燈具優(yōu)點

       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10萬小時以上,對普通家庭照明可謂"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或關斷燈絲就會發(fā)黑很快的壞掉.

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

       5、LED燈具技術正日新月異的在進步，它的發(fā)光效率正在取得驚人的突破，價格也在不斷的降低。一個白光LED燈具進入家庭的時代正在迅速到來。

        6、環(huán)保，沒有汞的有害物質。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：很明顯，只要LED燈具的成本隨led技術的不斷提高而降低。節(jié)能燈及白熾燈必然會被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，已經在大力推行使用LED燈具了。特別是政府改造路燈項目首先就是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燈具設計需要注意的幾點

一、戶外照明設計師必須考慮的戶外LED燈具的工作環(huán)境

       LED戶外照明燈具由于工作環(huán)境比較復雜，受溫度、紫外線、濕度、下雨天雨水、沙塵、化學氣體等自然條件的影響，時間一長，就會到致LED光衰嚴重的問題。所以終上考慮，戶外照明設計師在設計的時候應考慮這些外部環(huán)境因素的對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該注意的事項

       外殼和散熱器設計為一體，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，以及導熱良好的其它合金。散熱有空氣對流散熱、強風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，但結構更復雜一些。

       選擇什么樣的散熱方式，對燈具的成本有直接影響，應綜合考慮，與設計產品配套選出最佳方案?！　粽值脑O計選材也是至關重要，目前使用的有透明有機玻璃，PC材料等，傳統的燈罩是透明玻璃制品，究竟選什么樣材料的燈罩跟設計的產品檔次定位有關，一般來說，室外燈具的燈罩最好是傳統的玻璃制品，它是制造長壽命，高檔燈具的最佳選擇。采用透明塑料、有機玻璃等材料做的燈罩，做室內燈具的燈罩較好，用于室外則壽命有限，因為室外陽光、紫外線、沙塵、化學氣體、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

       目前國內生產的LED燈具(主要是路燈)大都是采用1W的LED多個串、并聯進行組裝，這種方法熱阻較先進封裝技術的產品高，不容易造出高品質的燈具?；蛘呤遣捎?0W、50W甚至更大的模組進行組裝，以達到所需要的功率，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，時間久了易老化。硅膠封裝則耐溫較好，使用時應注意選擇。

       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接，做出的產品熱阻比用LED器件組裝的產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燈具散熱器設計方面的研究　　

       散熱器是led燈具很關鍵的一個部件，它的形狀、體積、散熱表面積都要設計得洽到好處，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品成本和重量，使產品竟爭力下降。設計合適的led燈散熱器至關重要。散熱器的設計有以下幾個部分：

       1.明確LED燈需要散熱的功率。

       2.設計散熱器用的一些參數：金屬的比熱，金屬的導熱系數，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，(自然對流散熱、強風冷卻、熱管散熱，以及其它的散熱散熱方式。從造價比較：自然對流散熱造價最低，強風冷卻中等，熱管散熱造價較高，噴氣致冷造價最高。

       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，以檢驗計算是否正確，如不滿足使用條件，則要重新計算和調整參數。

       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

       通過以上四點注意事項，再參照我國頒布的最新室外照明燈具技術規(guī)范，以及城市道路照明設計標準，這是戶外照明設計師在必備的最基本知識。