關(guān)鍵字:LED路燈
2009-2012年中國LED路燈安裝量(單位:萬盞)
然而,正當(dāng)大批LED廠商紛紛搶進路燈市場之際,最近一段時間,圍繞LED路燈能否全面替代傳統(tǒng)燈源(以高壓鈉燈為主)這一話題,行業(yè)內(nèi)展開了激烈的討論,除了節(jié)能效果、穿霧能力等問題之外,爭論的焦點還包括LED路燈的散熱性能是否已經(jīng)達到了大面積應(yīng)用的要求。從此次財政補貼項目的入圍產(chǎn)品來看,9000lm的LED路燈產(chǎn)品中,90W和100W的產(chǎn)品占主流;14000lm的LED路燈產(chǎn)品中,160W和150W的產(chǎn)品占主流,這些均屬于大功率照明產(chǎn)品,散熱設(shè)計直接關(guān)系到燈具的可靠性和使用壽命。
盡管業(yè)內(nèi)大多數(shù)人都表示,經(jīng)過近幾年散熱技術(shù)的不斷改善,目前階段LED路燈已經(jīng)基本成熟,但從實際效果來看仍未達到理想的狀況,這主要是由于LED光源本身的耐熱性較差,在LED功率較大、體積有限的情況下,熱問題也就相對較為突出,具體表現(xiàn)為:大功率LED燈具的重量普遍較重,產(chǎn)品的發(fā)熱量較大,散熱成本較高。而從目前的應(yīng)用層面來說,各主流廠商則是從降低封裝熱阻,改進燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計、采用散熱新材料這些方面來綜合提升大功率LED路燈的散熱性能。
改善LED芯片組件的耐溫性
溫度是固態(tài)照明在設(shè)計時需要重點考量的參考因素之一。LED照明的熱管理與芯片、封裝及系統(tǒng)集成這三方面息息相關(guān),在上游芯片層面,要解決散熱問題,關(guān)鍵在于進一步提升LED的光效,提高LED芯片與電子組件的耐溫性(提高Tj的耐溫性),以及LED在高溫下穩(wěn)定的光輸出特性。
億光電子工業(yè)股份有限公司戶外照明應(yīng)用部經(jīng)理梁家豪分析道,大功率LED燈所產(chǎn)生的熱處理主要分為兩個層面:一是由LED芯片封裝體傳導(dǎo)至封裝之導(dǎo)熱體而導(dǎo)出的熱量;二是經(jīng)由光輸出時被光學(xué)部件所吸收而產(chǎn)生的熱量。如果不考慮LED封裝組件的影響,當(dāng)電能轉(zhuǎn)化為光能的效率不高時,就要求散熱體的散熱效率相對要高;當(dāng)電能轉(zhuǎn)化為光能的效率較高時,光學(xué)部件本身的導(dǎo)熱與耐熱性相對就要求更高。
四川新力光源股份有限公司總經(jīng)理羅文正 |
對于降低LED芯片的封裝熱阻,四川新力光源股份有限公司的總經(jīng)理羅文正認為最核心的兩點是:一方面要繼續(xù)提高芯片的光電轉(zhuǎn)換效率,這樣發(fā)熱量就會繼續(xù)減少;另一方面,還要提高芯片和封裝材料的耐熱性能,使得LED器件可以在更高的溫度下可靠地工作。隨著LED光效的不斷提升,LED光源的相對發(fā)熱量將會降低,且相同光通量下的LED燈具本身功率也會下降,因此當(dāng)LED光源的發(fā)光效率達到200LM/W以后,散熱應(yīng)該不會成為LED燈具設(shè)計的主要矛盾。
優(yōu)化燈具散熱結(jié)構(gòu)
目前LED路燈的散熱方式主要有:自然對流散熱、空氣振動、加裝風(fēng)扇強制散熱、熱管和回路熱管散熱等,其中,自然對流散熱方式是性價比較高的散熱方式之一。但由于空間限制的關(guān)系,這種散熱方式也很容易出現(xiàn)瓶頸。因此,在有限的散熱器空間內(nèi),需要根據(jù)要求設(shè)計優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu),盡量減小整燈系統(tǒng)的界面接觸熱阻,選用輻射率較高的表面處理方式,且整燈機構(gòu)設(shè)計注意熱傳導(dǎo)的均勻性,避免熱量集中,從而增強LED照明燈具的散熱性能,即對熱幅射的散熱能力。
億光電子工業(yè)股份有限公司戶外照明應(yīng)用部經(jīng)理梁家豪 |
對此,梁家豪認為在燈具設(shè)計上應(yīng)注意以下幾個面向:“首先,需要輕量化:目前大功率LED燈具普遍比傳統(tǒng)燈具重;其次,需要考慮結(jié)構(gòu)與安全性:一般大功率LED燈具的散熱通常為主體結(jié)構(gòu)體,如果單純考慮散熱,結(jié)構(gòu)與安全性可能會疏忽;此外,還需要考慮耐候性(耐久性):大功率LED燈的本體散熱體通常是鋁合金,如果要耐候或耐酸蝕,則表面會使用一些防銹處理,但因為散熱體的溫度會隨著燈具的點滅而產(chǎn)生比傳統(tǒng)燈具更劇烈的變化,因此表面耐候處理容易失效。”
此外,LED照明散熱主體的工業(yè)設(shè)計同樣也非常重要,照明燈具晚上是看光的效果,白天是看燈具的造型,所以還需要能夠融入環(huán)境的美感之中,如果只是單純考慮散熱,那么就會使燈具的造型十分單調(diào)?!爸饕€是要突破現(xiàn)有的燈具開發(fā)思路,”羅文正表示,“例如,可以改變LED光源的接口模式,使LED朝著模塊化、平面化方向發(fā)展?!?
新材料提升散熱效果
傳統(tǒng)照明在設(shè)計上不必過多考慮散熱問題;而對LED來說,散熱設(shè)計則關(guān)系到光通維持率和光源壽命,因此,全面提升LED照明的散熱技術(shù)將會使LED照明更貼近于普羅大眾,也有利于LED照明的普及與應(yīng)用。除了生產(chǎn)工藝、設(shè)計制造之外,尋找更為適用的新型材料也是目前許多廠商努力探索的一個方向,其中包括燈珠基板材料、導(dǎo)熱物質(zhì),以及表面涂料等等。
在這一方面,新力光源做了有益的嘗試,近年來他們在材料上研究了包括共晶合金、高熱硅脂等降低界面熱阻的導(dǎo)熱材料,散熱涂料等增強型輻射散熱材料,以及陶瓷材料、高導(dǎo)熱塑料、碳纖維和稀土鋁鎂合金等新型散熱器材料,使得產(chǎn)品的設(shè)計更加靈活多樣,且效果良好。
梁家豪也介紹道,在大功率LED照明的散熱處理上,有別與其他廠商只針對單一設(shè)計的做法,億光會針對芯片、封裝、光、機、電等因素作全方位的優(yōu)化設(shè)計,并采取最新的納米散熱材料技術(shù),令大功率LED照明燈具的效率達到較高的數(shù)值。