為推動(dòng)節(jié)能減排，促進(jìn)半導(dǎo)體照明行業(yè)健康快速發(fā)展，2009初年，科技部啟動(dòng)了“十城萬(wàn)盞”半導(dǎo)體照明應(yīng)用工程試點(diǎn)工作，涵蓋北京、上海、深圳、武漢等21個(gè)城市入選試點(diǎn)城市，在國(guó)家政策和利益驅(qū)使下，眾多企業(yè)紛紛投身其中，一時(shí)間LED成為科技、節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的代名詞，就此推廣應(yīng)用LED的大幕迅速拉開(kāi)。

　　時(shí)隔一年，這些試點(diǎn)城市的半導(dǎo)體照明應(yīng)用和推廣工作進(jìn)展如何？作為試點(diǎn)，又能給其他意欲發(fā)展半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的城市提供哪些有益的借鑒？從今年7月開(kāi)始，國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟對(duì)這些試點(diǎn)城市展開(kāi)了調(diào)研，搜集了這些地區(qū)的“施政經(jīng)驗(yàn)”,以期更好地促進(jìn)半導(dǎo)體照明行業(yè)的健康發(fā)展。

　　LED照明是未來(lái)的發(fā)展方向，然而，由于技術(shù)的不成熟以及急功近利，在推廣過(guò)程中暴露出諸多問(wèn)題。眾多專家也透過(guò)十城萬(wàn)盞項(xiàng)目的推行，重新審視整個(gè)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。在LED路燈工程中安裝的幾十萬(wàn)只LED路燈的技術(shù)質(zhì)量水平令人擔(dān)憂，普遍地?zé)崞胶夂蠊庑?0-60lm/W,80%的產(chǎn)品2000h的光通維持率也只有80%左右。

　　是不是市場(chǎng)上所有產(chǎn)品都是如此呢？也不盡然，LED應(yīng)用的成功案例主要體現(xiàn)在景觀照明和隧道照明上，例如上海世博會(huì)應(yīng)用了10萬(wàn)盞LED燈具，經(jīng)過(guò)近五個(gè)月的高溫考驗(yàn)，其光通維持率和早期失效率均處于先進(jìn)水平，長(zhǎng)江隧道照明工程采用的LED隧道燈具平均光通維持率98%.蘇州中澤光電科技有限公司生產(chǎn)的稀土大功率LED燈具熱平衡后光效達(dá)到90lm/W以上，其技術(shù)數(shù)據(jù)水平已經(jīng)超過(guò)本次發(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85lm/W和光通維持率10000h大于86%的要求。為此，現(xiàn)對(duì)蘇州中澤光電科技有限公司生產(chǎn)的稀土大功率LED燈具對(duì)比市場(chǎng)常見(jiàn)LED燈具進(jìn)行技術(shù)剖析。

　　一、結(jié)構(gòu)模式的對(duì)比

　　1、整體燈具結(jié)構(gòu)對(duì)比

　　常見(jiàn)LED燈具主要有分立式LED燈具和集成大功率LED燈具兩種模式。分立式LED燈具是以多顆單顆封裝LED光源通過(guò)陣列排列實(shí)現(xiàn)大功率要求，其光源較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易出現(xiàn)線路故障，再加上單顆LED光源一般采用樹(shù)脂透鏡封裝成型，樹(shù)脂材料隨時(shí)間、溫度以及紫外線的影響會(huì)黃花老化，引起光衰，影響照明效果，有時(shí)為了燈具整體美觀和防護(hù)等級(jí)的要求而把光源、散熱器以及驅(qū)動(dòng)電源等部件置于燈殼內(nèi)，這樣進(jìn)一步阻礙了熱量的散發(fā)。集成大功率LED燈具是采用單顆幾十瓦的光源，單個(gè)或幾個(gè)光源組成燈具的安裝方式，其通常做法是將散熱器外置，可直接與空氣接觸，LED光源固定安裝于金屬導(dǎo)熱基板，導(dǎo)熱基板上設(shè)置平行的散熱鰭片，這種結(jié)構(gòu)的LED燈具較多顆陣列組合式燈具雖有一些進(jìn)步，但也造成了二次配光和燈具散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，散熱器雖與空氣直接接觸，但不能形成空氣對(duì)流，散熱效率并不太高，惡劣環(huán)境下風(fēng)沙以及灰塵的沉積會(huì)進(jìn)一步降低散熱效果。

　　通過(guò)對(duì)LED燈具原理以及市場(chǎng)上LED燈具缺陷的研究，中澤創(chuàng)造性的提出了單片式LED燈具的設(shè)計(jì)構(gòu)想，徹底摒棄傳統(tǒng)燈具上下殼加透明燈罩的結(jié)構(gòu)，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(jiǎn)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(jiǎn)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(wú)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(wú)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(guò)孔結(jié)構(gòu)使灰塵無(wú)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(shù)脂材料制成，而樹(shù)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2.5×2.5cm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100lm/w,工作壽命大于50000小時(shí)。通過(guò)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。

　　為解決上述問(wèn)題，中澤光電成功研制出先進(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(zhǎng)與芯片的發(fā)射波長(zhǎng)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(shù)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(guò)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(chǎng)合的配光要求，公司開(kāi)發(fā)了如下幾款產(chǎn)品。

　　4、燈殼散熱器結(jié)構(gòu)對(duì)比

　　常見(jiàn)LED燈具散熱器為鋁材壓鑄或擠壓而成鰭片狀散熱器，如下圖所示：

　　新型穿孔網(wǎng)格立體散熱器結(jié)構(gòu)，增加散熱面積，運(yùn)用熱力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)原理，加速空氣受熱后自然循環(huán)，提高散熱效果，降低散熱器溫度，使LED結(jié)溫下降。

　　上圖所示的穿孔網(wǎng)格立體散熱器，該散熱器的工作原理是：LED光源的熱傳到穿孔網(wǎng)格立體散熱器上時(shí)與周邊的空氣形成熱交換，被加熱的周邊空氣發(fā)生體積膨脹、質(zhì)量變輕而自然向上流，下面的未被加熱的冷空氣因氣壓作用自然補(bǔ)充上來(lái)，又被穿孔網(wǎng)格狀散熱器加熱上升，這樣源源不斷發(fā)生了與空氣自然循環(huán)熱量交換，空氣上升使散熱器的熱量不斷交換到環(huán)境空氣中，保證了LED光源工作在可靠的溫度條件下，而LED光源結(jié)點(diǎn)所發(fā)出的熱源反而成了空氣熱交換的動(dòng)力源，這一科學(xué)原理的運(yùn)用使我們突破了LED光源難散熱的技術(shù)瓶頸。

　　二、散熱通道的對(duì)比

　　從上述兩表可以看出結(jié)溫基于LED燈具的重要性，有效控制LED結(jié)溫是保障LED各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提，下面就幾種常見(jiàn)散熱方式進(jìn)行比較。

　�、俜至⑹絃ED燈具散熱情況分析

　　分立式LED燈具主要的散熱路徑是：管芯→散熱墊→印制板敷銅層→散熱器→環(huán)境空氣。LED結(jié)溫為TJ,環(huán)境空氣的溫度為TA,散熱墊底部的溫度為Tc（TJ>Tc>TA）從管芯的結(jié)溫TJ傳導(dǎo)到空氣TA的總熱阻RJA與各熱阻關(guān)系為：RJA=RJC+RCB+RBA

　�、跓峁軐�(dǎo)熱LED燈具散熱情況分析

　　從燈具光源發(fā)出的熱量通過(guò)熱管傳遞到散熱片上，熱管可以增加熱傳導(dǎo)速率（熱管本身不具備散熱能力），但是熱量傳遞到散熱片后，還需要散熱片有足夠的散熱面積和足夠的與空氣對(duì)流的環(huán)境，如果上述條件滿足不了，則系統(tǒng)熱平衡后，LED散熱問(wèn)題依然存在。

　�、巯⊥链蠊β蔐ED燈具散熱情況分析

　　散熱器與燈殼一體化的科學(xué)設(shè)計(jì)，使LED光源與外殼緊密相連，通過(guò)獨(dú)特的散熱器與空氣對(duì)流高效散熱，實(shí)現(xiàn)了芯片熱量的快速傳遞與釋放，不僅確保了光源能在較低溫度下工作，而且最大限度地減少了LED光衰減，從而形成了LED燈具壽命長(zhǎng)，免維護(hù)的特點(diǎn)。

　　從上述分析可以看出，稀土大功率LED燈具在散熱通道、熱阻和散熱效果等方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。

　　三、出光通道的對(duì)比

　　LED燈具的光效取決于芯片的內(nèi)量子效率、外量子效率以及燈具效率，LED芯片發(fā)出的光必須通過(guò)的一定的通道傳播出來(lái)并照射到有效區(qū)域內(nèi)才能被利用，優(yōu)化出光通道是提高LED燈具光效的有效途徑，對(duì)于下游應(yīng)用燈具就是設(shè)計(jì)出合理的出光通道將LED發(fā)出的光有效的“釋放”出來(lái)，為了有可比性，LED光源光效以100lm/w計(jì)算。

　　可見(jiàn)隨著燈具的工作時(shí)間、工作環(huán)境變化以及燈具自身材料的影響，會(huì)產(chǎn)生光損，此表中的數(shù)據(jù)會(huì)逐步下降。

　　四、稀土新材料的應(yīng)用及其解決的技術(shù)問(wèn)題

　　歐美日等國(guó)企業(yè)有LED上游技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而中國(guó)則有稀土資源優(yōu)勢(shì)，如能將稀土資源應(yīng)用于LED照明領(lǐng)域進(jìn)而提高和改善產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)將關(guān)系到我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)能否參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，化資源優(yōu)勢(shì)為技術(shù)優(yōu)勢(shì)，從而打破國(guó)外對(duì)LED的壟斷地位。

　　公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)三年多的努力，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。不但解決了大功率LED照明用稀土原材料的技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)還解決了功能性技術(shù)問(wèn)題、產(chǎn)品生產(chǎn)模式問(wèn)題、生產(chǎn)過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，形成了LED燈具的中澤模式。其主要應(yīng)用有以下幾點(diǎn)：

　�、僭贚ED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(zhǎng)與芯片的發(fā)射波長(zhǎng)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。

　�、谠谂涔馔哥R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(guò)率，減少光損和因透鏡材料引起的光衰；

　�、鄄捎孟⊥梁辖鸩牧现谱鳠艟呱崞�，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。

　　五、稀土材料用于大功率LED燈具還需加強(qiáng)及繼續(xù)研究的課題

　　稀土材料應(yīng)用于大功率LED照明尚處于起步階段，其對(duì)燈具的散熱均溫、透鏡出光效率、熒光粉性能等方面均有很大改善，且尚有很大的潛力可以挖掘，還需各界科技工作者共同努力，把稀土材料與LED綠色照明工程有機(jī)結(jié)合起來(lái)，充分利用“中東有石油，中國(guó)有稀土”這一自然優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)的LED產(chǎn)業(yè)參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)做好技術(shù)保障。