工程师浅谈:LED照明的设计经验

LED照明产品最关键的几个部分通俗的说就是配光、结构、电子，而配光、结构、电子用专业术语表达为：光性能、热性能、电性能。在此同时，配光尤为重要，不懂配光，就做不好LED照明,确定用谁的LED封装结构;接下来考虑怎样适应这些封装形式。

热性能(结构)

照明用的LED发光效率和功率的提供是LED产业的关键之一，在此同时，LED的PN结温度及壳体散热问题显得尤为重要。PN结温与灯体温度差异越大，那么热阻越大，随之光能被转换成热能白白消耗掉，严重时LED损坏。一个好的结构工程师，不仅要考虑灯具的结构与LED的热阻，还要考虑灯具的外形是否合理、时尚、新颖，当然还有可靠性和可维护性以及实用性，即要站在设计者的角度去思考，又要站在用户的角度去考量产品…

1、最短的热传到路径，减小热传导阻力;

2、增大相互传导面积，增加热传到速度;

3、合理的计算设计散热面积;

4、有效的利用热容量效应。

目前上游龙企业，比如CREE已经可以做到的芯片光效可以达到130-150lm/W。但是LED结温高低直接影响到LED出光效率、器件寿命、可靠性、发射波长等。保持LED结温在允许的范围内，是大功率LED芯片制备、器件封装和器件应用等每个环节都必须重点研究的关键因素，尤其是LED器件封装和器件应用设计必须着重解决的核心问题。

现在主流的应用技术材质是用铝基板来封装，但是铝基板封装的芯片散热和光转换效率都存在技术核心瓶颈，不能有效地控制结温和稳定地维持高功率的光输出，并且应用会因为芯片光效越高，所需的铝基板面积就越大，会加大成本和应用体积，极为不便。所以如何走出此误区另辟新路是新的技术核心特点。在保持低成本和被动散热方式的前提下，利用高导热介质，通过崭新的器件/灯具整体结构，降低热阻，降低PN结结温，使PN结工作在允许工作温度内，保持最大量光子输出,其起码的要求如下：(1)超低热阻材料，快速散热整体结构技术;

(2)高导热、抗UV封装技术;

(3)应用低环境应力结构技术;

(4)整体热阻20K/W，结温80度;

(5)LED光源照明模组工作温度控制在65℃以下。

光性能(配光)

LED的光学性能主要涉及到光谱、光度和色度等方面的性能要求。根据新制定的行业标准“半导体发光二极管测试方法”，主要有发光峰值波长、光谱辐射带宽、轴向发光强度角、光通量、辐射通量、发光效率、色品坐标、相关色温、色纯度和主波长、显色指数等参数。显示用的LED，主要是视觉的直观效果，因此对相关显色指数不作要求，而照明用的白光LED，色温、显色指数和照度就尤为重要，它是照明气氛和效果的重要指标，而色纯度和主波长一般没有要求。

目前全球LED行业内的主流做法是在封装LED芯片形成光源或光源模组以后，在做成灯具的时候再进行配光，这样采用的是原有传统光源的做法，因为传统光源是360°发光。如果要把光导到应用端，目前飞利浦的传统灯具做到最好的一款，光损失也达到40%。而我们国内众多的LED下游厂家应用的灯具光学参数其实都是芯片或者光源的光学参数，而不是整体灯具的的光学指标参数。现在最先进的科学方法是在芯片封装上就做配光，一次把芯片的光导出来，维持最大的光输出，这样光损率只有5%-10%。随着技术的不断改进，光损率将会越来越低，光源的光效会越来越高。同样配有这样的光源灯具无需再做配光，相对的灯具效率将会大大提高，使之更为广泛地使用到功能性照明之中，形成相当规模的市场渠道。因此一个好的LED供应商，是我们当务之急，我们没必要花高代价去研究我们的LED如何去配光为好，也不需要花很多时间和经历让工程师去用软件仿真，最简单的方法就是让LED白光供应商来配合。要知道，我们的工程师如用软件去仿真，那么必需的动作就是输入和输出。输入即前期的数据导入，输出则仿真的结果，那么要求前期的数据必须准确无误后端的仿真才能正确。

电性能(电子)

如果把一个照明灯具比喻成一个少女，