關(guān)鍵詞：低色溫、高光效、白光LED模塊

　?。?引言

　　目前道路燈具中普遍采用的光源是高壓鈉燈或金屬鹵化燈，這兩種光源的最大特點(diǎn)是，發(fā)光的電弧管尺寸小，由于尺寸很小的電弧管產(chǎn)生很大的光輸出，并且具有很高的光效，前者包括配套電器，可達(dá)110lm/w，后者包括配套電器可達(dá)80lm/w。但這類光源應(yīng)用在道路燈具中時(shí)，只有40%左右的光直接透過玻璃罩到達(dá)路面的，其它的光是通過燈具發(fā)射器再投射出燈具的，目前普遍采用此類光源的傳統(tǒng)燈具基本都存在兩個(gè)不足，一是燈具直接照射的方向上照度很高，在次干道上可達(dá)50lx以上，這一區(qū)域?qū)儆诿黠@的過渡照明，而兩個(gè)燈具的光照交叉處的照度僅為燈下照度的20%～40%。二是此類燈具的反射器的效率一般僅為50%～60%，所以有60%左右的光輸出在燈具內(nèi)，是在損失了40%～30%后再投射到路面上的。此類燈具的總體效率一般都在70%左右。并且上述的過渡照明區(qū)域中過多的照度也屬于浪費(fèi)。綜合上述分析上述傳統(tǒng)的道路燈具其綜合的有效照明效率（扣除過度照明部分）僅為50%。也因?yàn)樯鲜鲈?，目前我國次干道的照明效果（路面照度和照度的均勻度）基本都達(dá)不到CJJ45-2006和CIE31以及CIE115的標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。而LED作為第四代光源，不但具有節(jié)能、環(huán)保作用，而且由于其自身特點(diǎn)（方向性、高顯色性、結(jié)構(gòu)易設(shè)計(jì)和控制方便等）引起了普遍的關(guān)注[2][3][4]，隨著LED芯片發(fā)光效率的不斷提高，尤其是100lm/w的芯片面世，LED道路燈將逐漸取代傳統(tǒng)道路燈（鈉制燈、鹵素?zé)舻龋６圃靻蝹€(gè)超過80W燈不切合實(shí)際，其主要原因是難以散熱和難以設(shè)計(jì)光分布，故使用多個(gè)超過10W燈模塊組合成不同功率的LED路燈成為了研究和市場主流。由于鈉制路燈的色溫一般低于3000K, 顯色指數(shù)低于40，低色溫光線具有穿透霧和水汽的能力強(qiáng)，光線柔和，溫暖，路面反射率高等諸多優(yōu)點(diǎn)。所以低色溫高光效的LED模塊成為目前市場研究熱點(diǎn)。本論文著重介紹本公司開發(fā)的低色溫、高發(fā)光效率和低光衰的12W路燈模塊。

　?。?試驗(yàn)與測試

　　本公司研究人員針對目前市場上高功率LED模塊衰減大，色溫低于3000K的發(fā)光效率低等問題，開發(fā)了一種新型的LED路燈模塊。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。此結(jié)構(gòu)獨(dú)特之處是熒光粉涂敷層位于透鏡中，通過小孔可將熒光粉注入特定形狀的熒光粉槽中，此槽的形狀依據(jù)芯片排列形狀而變化。

1、高折射透鏡，2、芯片，3、金線，4、密封膠，5、支架，51、拋物線形支架槽，11、熒光粉涂敷層，12、灌熒光粉口
圖1 本公司12W白光LED模塊示意圖和實(shí)物圖

　　此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：1、熒光粉與芯片之間隔著密封膠和隔熱透鏡，熒光粉的溫度可保持在40℃以下，而12W芯片溫度卻高達(dá)80-100℃，故熒光粉的衰減很??；2、熒光粉形狀易設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)不同的熒光粉槽可以使得熒光粉被最高效率的激發(fā)，發(fā)光效率得到大幅度提高；3、透鏡的形狀和折射率易設(shè)計(jì)，使用高折射率的玻璃，可以做出不同擴(kuò)散角的LED模塊，；4、熒光粉形狀使得每個(gè)1W芯片發(fā)射的點(diǎn)光源經(jīng)過熒光粉層后成為了均勻的面光源。

　　采用臺(tái)灣晶元功率型LED芯片，10顆芯片，其功率為12W。將制備的12W的LED模塊，放入可靠性測試設(shè)備中，高低溫循環(huán)測試（-40～80℃）100小時(shí)，然后有上海半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心抽樣檢測，采用杭州遠(yuǎn)方的LED300光色電綜合測量系統(tǒng)和LED620光強(qiáng)分布測試儀分別測試樣品的光電參數(shù)和平均光強(qiáng)擴(kuò)散角，測試方式為恒流點(diǎn)亮5分鐘后測試。（我們研究發(fā)現(xiàn)12瓦LED燈點(diǎn)亮5分鐘后其電壓不再變化，發(fā)光效率也基本不再變化，此法衡量LED的各項(xiàng)光學(xué)參數(shù)應(yīng)更準(zhǔn)確）。光衰測試采用點(diǎn)亮5000小時(shí)后測試。

　　３.結(jié)果與討論

　　為了數(shù)據(jù)更具有說服力，本公司邀請上海半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心抽樣檢測，表一為上海半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心檢測數(shù)據(jù)：

　　表一　12WLED路燈模組的光電參數(shù)(光譜準(zhǔn)確度：+/-2nm; 色度準(zhǔn)確度：+/-0.0015x, +/-0.001y)

　　從上表可以發(fā)現(xiàn)，12W LED路燈模組的色溫只有2656K, 但是其發(fā)光效率卻高達(dá)95.53lm/w, 雖然高壓鈉制燈的發(fā)光光效率高達(dá)110lm/w, 但是其發(fā)散角很大，有效利用的光通量約占50%，而LED路燈模塊具有方向性，故其光通量幾乎可被完全利用，相比較而言，此LED路燈模塊的應(yīng)用前景更好，加上LED芯片的發(fā)光效率不斷提高，價(jià)格不斷下降，LED道路燈必將逐漸取代高壓鈉制燈和其他相關(guān)道路燈。低色溫高發(fā)光效率燈模塊一直是研究難點(diǎn)，本公司開發(fā)的低色溫模塊，其色溫可控范圍為2000-4000K，可按照用戶的要求來設(shè)計(jì)色溫和發(fā)光效率。

　　通過繼續(xù)合理的規(guī)劃熒光粉涂敷形狀、芯片的排列位置，增鍍?nèi)瓷浔∧ず驮鐾改た纱蠓鹊奶岣咂浒l(fā)光效率，目前我們實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開發(fā)出了發(fā)光效率高達(dá)105lm/w, 色溫為2000-4000K的5W,12W,24W,30W等的路燈模塊。

　　透過改變透鏡和熒光粉涂敷形狀，我們設(shè)計(jì)出了不同光強(qiáng)擴(kuò)散角的12W白光LED路燈模塊，現(xiàn)以平均光強(qiáng)擴(kuò)散角θ(50%)為65o來說明這個(gè)問題。圖1所示的結(jié)構(gòu)制備出來的12W LED模塊的照度分布為一個(gè)規(guī)則的圓，12W白光LED懸掛1米高，其中心照度為267lux,通過改變透鏡的形狀，可以設(shè)計(jì)出不同形狀的照度圖，目前本公司正在按照客戶要求設(shè)計(jì)此類產(chǎn)品。如圖2所示

圖2 經(jīng)過配光設(shè)計(jì)的透鏡及配光曲線

　　在實(shí)際應(yīng)用中，只需要將此模塊安裝在燈具上就可以實(shí)現(xiàn)矩形光斑照明，此模塊適合不同類型的燈具，解決了令燈具廠商頭痛的燈具配光問題。

　　上海半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心抽樣測試了本公司12W的路燈的光衰，結(jié)果顯示點(diǎn)亮5000小時(shí)后，光衰小于1%，遠(yuǎn)低于市場上其他設(shè)計(jì)的大功率LED模塊。其主要原因是1、熒光粉遠(yuǎn)離發(fā)熱的芯片；2、熒光粉形狀可控；3、性質(zhì)穩(wěn)定的高折射率密封材料和透鏡。

　　此模塊具有廣泛的應(yīng)用，本公司采用此模塊開發(fā)了一系列的泛光燈，隧道燈、路燈以及室內(nèi)照明燈具和投影機(jī)光源等，如圖3所示。

圖3 基于12W低色溫、高光效制備的隧道燈，室內(nèi)照明燈，路燈和筒燈等照片

　　４.結(jié)論

　　本公司開發(fā)出一種新型的適合照明用的12W白光LED模塊，此模塊具有低色溫、高光效尤其適合路燈、隧道燈，泛光燈和投影機(jī)等照明。本技術(shù)解決了目前低色溫、高光效難以制備的難題。為LED室外照明開辟了一條新的思路和方法。12W模塊已經(jīng)投入市場，目前本公司研發(fā)人員又開發(fā)出了5W, 12W,24W,30W等系列的低色溫(2000-4000K)、高光效的(實(shí)驗(yàn)室已可達(dá)到105lm/w)LED模塊，此模塊的光強(qiáng)擴(kuò)散角(50%)可設(shè)計(jì)為30o, 45o, 60o 和70o；照度范圍可設(shè)計(jì)為圓形，橢圓形和類矩形等。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)， CJJ45-2006, 2006-12-19發(fā)布，2007-07-01實(shí)施，中華人民共和國建設(shè)部

　　[2] Steigerwald D A, Bhat J C, Collins D, et al. Illumination with solid state lighting technology[J]. IEEE J. Selected Topics in Quantum Electron., 2002, 8(2):310-320

　　[3] Narendran N. Improved performance of white LED [J]. Proc. SPIE, 2005, 5941:1-6

　　[4] 錢可元，胡飛，吳慧穎，等.大功率白光LED封裝技術(shù)研究[J],半導(dǎo)體光電，2005，26（2）：118-120