Technology & application
技术及应用

1.图片展示/PICTURES 2.户外LED灯具设计需注意的几个问题 3.鉴于LED 的自身优势, 目前主要应用于以下几大方面

一、户外照明设计师必须考虑的户外LED灯具的工作环境


  LED户外照明灯具由于工作环境比较复杂,受温度、紫外线、湿度、下雨天雨水、沙尘、化学气体等自然条件的影响,时间一长,就会到致LED光衰严重的问题。所以终上考虑,户外照明设计师在设计的时候应考虑这些外部环境因素的对LED户外照明灯具的影响。


二、户外LED灯具在散热材料选择方面应该注意的事项


   外壳和散热器设计为一体,用来解决LED的发热问题,这种方式较好,一般选用铝或铝合金,铜材或铜合金,以及导热良好的其它合金。散热有空气对流散热、强风冷却散热和热管散热,(喷气致冷散热也是类似热管散热的一种,但结构更复杂一些。) 


   选择什么样的散热方式,对灯具的成本有直接影响,应综合考虑,与设计产品配套选出最佳方案。  


  灯罩的设计选材也是至关重要,目前使用的有透明有机玻璃,PC材料等,传统的灯罩是透明玻璃制品,究竟选什么样材料的灯罩跟设计的产品档次定位有关,一般来说,室外灯具的灯罩最好是传统的玻璃制品,它是制造长寿命,高档灯具的最佳选择。采用透明塑料、有机玻璃等材料做的灯罩,做室内灯具的灯罩较好,用于室外则寿命有限,因为室外阳光、紫外线、沙尘、化学气体、昼夜温差变化等因素使灯罩老化寿命减短,其次是污染了不易清结干净,使灯罩透明度降低影响光线输出。


三、户外LED芯片的封装技术  


  目前国内生产的LED灯具(主要是路灯)大都是采用1W的LED多个串、并联进行组装,这种方法热阻较先进封装技术的产品高,不容易造出高品质的灯具。或者是采用30W、50W甚至更大的模组进行组装,以达到所需要的功率,这些LED的封装材料有用环氧树脂封装,有用硅胶封装的。二者的区别是:环氧树脂封装耐温较差,时间久了易老化。硅胶封装则耐温较好,使用时应注意选择。


   采用多芯片与散热器整体封装比较好,或采用铝基板多芯片封装再通过相变材料或散热硅脂与散热器相联接,做出的产品热阻比用LED器件组装的产品的热阻要少一至二道热阻,更利于散热。采用LED模组的灯具,模组基板一般为铜基板,它与外散热器的联接要使用好的相变材料,或好的散热硅脂,保证铜基板上的热量能及时传到外散热器上去,如处理不好则易使热量堆积造成模组芯片温度升得太高,影响led芯片正常工作。笔者认为:多芯片封装适合制造普通照明灯具,模组封装适合空间有限的场合制造紧凑型led灯具(如汽车主照明的头灯等)。  


四、在户外LED灯具散热器设计方面的研究  


  散热器是led灯具很关键的一个部件,它的形状、体积、散热表面积都要设计得洽到好处,散热器太小,led灯工作温度太高,影响发光效率和寿命,散热器太大,则消耗材料多增加产品成本和重量,使产品竟争力下降。设计合适的led灯散热器至关重要。散热器的设计有以下几个部分:  


  1.明确LED灯需要散热的功率。


   2.设计散热器用的一些参数:金属的比热,金属的导热系数,芯片热阻、散热器热阻、周围环境空气热阻等。


   3.确定采用散的类型,(自然对流散热、强风冷却、热管散热,以及其它的散热散热方式。)从造价比较:自然对流散热造价最低,强风冷却中等,热管散热造价较高,喷气致冷造价最高。  


  4.确定LED灯具许可的最高工作温度(环境温度加灯具许可温升),  


  5.计算散热器的体积、散热面积。并确定散热器的形状。  


  6.将散热器与LED灯组合成完整灯具,并通电工作八小时以上,在室温39℃--40℃的环境下检查灯具的温度,看是否满足散热要求,以检验计算是否正确,如不满足使用条件,则要重新计算和调整参数。


   7.散热器与灯罩的密封要做到防水、防尘,灯罩与散热器之间要垫抗老化的橡皮垫或硅橡胶垫,用不锈钢螺栓紧固,做到密封防水、防尘通过以上四点注意事项,再参照我国颁布的最新室外照明灯具技术规范,以及城市道路照明设计标准,这是户外照明设计师在必备的最基本知识。




鉴于LED 的自身优势, 目前主要应用于以下几大方面:


  (1) 显示屏、交通讯号显示光源的应用LED 灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点, 广泛应用于各种室内、户外显示屏, 分为全色、三色和单色显示屏, 全国共有100 多个单位在开发生产。交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED, 因为采用LED 信号灯既节能, 可靠性又高, 所以在全国范围内, 交通信号灯正在逐步更新换代, 而且推广速度快, 市场需求量很大, 是个很好的市场机会;


  (2) 汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短, 需要经常更换。1987年, 我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快, 可以及早提醒司机刹车, 减少汽车追尾事故, 在发达国家, 使用LED 制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件, 美国HP 公司在1996年推出的LED 汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。此外, 在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源, 都可用超高亮度发光灯来担当, 所以均在逐步采用LED 显示。我国汽车工业正处于大发展时期, 是推广超高亮度LED 的极好时机。近几年内会形成年产10 亿元的产值, 5 年内会形成每年30 亿元的产值。


   (3) LED 背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目,LED 作为LCD 背光源应用, 具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点, 已广泛应用于电子手表、手机、BP 机、电子计算器和刷卡机上, 随着便携电子产品日趋小型化, LED 背光源更具优势,因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。LED 是手机关键器件, 一部普通手机或小灵通约需使用10 只LED 器件, 而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约20 只LED 器件。现阶段手机背光源用量非常大, 一年要用35 亿只LED 芯片。目前我国手机生产量很大, 而且大部分LED 背光源还是进口的, 对于国产LED 产品来说,这是个极好的市场机会。 



  (4)LED 照明光源早期的产品发光效率低, 光强一般只能达到几个到几十个mcd, 适用在室内场合, 在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是LED 光源替代白炽灯和荧光灯, 这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。日本为节约能源, 正在计划替代白炽灯的发光二极管项目( 称为" 照亮日本") , 头五年的预算为50 亿日元,如果LED 替代半数的白炽灯和荧光灯, 每年可节约相当于60 亿升原油的能源, 相当于五个1.35 ×106kW 核电站的发电量, 并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生, 改善人们生活居住的环境。我国也于2004 年投资50 亿大力发展节能环保的半导体照明计划[4]。


   (5) 其它应用例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋, 走路时内置的LED 会闪烁发光, 仅温州地区一年要用5 亿只发光二极管; 利用发光二极管作为电动牙刷的电量指示灯, 据国内正在投产的制造商介绍, 该公司已有少量保健牙刷上市, 预计批量生产时每年需要3 亿只发光灯; 正在流行的LED 圣诞灯,由于造型新颖、色彩丰富、不易碎破以及低压使用的安全性, 近期在香港等东南亚地区销势强劲, 受到人们普遍的欢迎, 正在威胁和替代现有电泡的圣诞市场