led道路照明光源的散热与配光应用

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1、LED道路照明光源的散热与配光应用一、立项的背景和意义　　LED（LightEmittingDiode，称发光二极管），属于固态光源。LED的应用已有较悠久的历史，以前主要应用在各种电子设备的指示灯、大屏幕显示器、信号灯和液晶屏幕背光源等领域。近些年来，随着GaP、GaN系Ⅲ-V族化合物半导体的结晶成长工艺技术及纳米技术的进步，LED的光效和大功率集成技术都有了很大的提高，LED已经开始在照明领域里初步应用，出现了LED路灯、LED矿灯、LED应急灯、LED车灯、LED景观灯等多种以大功率LED为光源的照明灯具。　　LED发光原理

2、为固体发光,按固体发光物理学原理，LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，所以发光效率高达90％以上，因此，LED被誉为21世纪新光源，即将成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源，被公认为当前十大前沿技术之一,LED光源这种新型照明光源必将会取代传统照明光源，正带动着一场新的产业革命---照明革命。二、当前国内外同类研究（技术）概况　　近几年，随着LED的发光效率增长100倍，成本下降10倍，其在照明领域的发展前景，吸引全球照明大厂家都先后加入LED光源及市场开发中。美、日、欧及中国台湾省均推出了半导体照明计划。　　

3、我国2001年863计划立项，2003年紧急启动了“国家半导体照明工程”。从2006年的“十一五”开始，国家将把半导体照明工程作为一个重大工程进行推动。当前，我国经济快速增长，能源紧张的矛盾日益显现，我国照明所消耗的电能约占电力总消耗量的1/6，因此提高照明产品的能效水平，无疑将较大幅度降低能源消耗，有效缓解目前我国电力供应紧张的局面。国家将贯彻节能优先政策，并将“照明器具”列入节能重点领域，在“十一五”期间，大力推进绿色节能照明工程，LED路灯就是LED技术的重要节能应用。　　日前，由多名留美归国博士创建的中微光电子（潍坊）有限

4、公司研制成功100瓦大功率半导体发光二极管路灯照明系统，现已应用于潍坊高新技术创业园，其照明范围和亮度完全达到国家道路照明标准，寿命是传统路灯的10~20倍，耗电量却不到传统路灯的20%。三、本课题研究的内容　　我国虽有多家企业开发生产LED城市照明路灯，但很多是用小功率LED阵列作发光体，散热问题解决了，所用LED数量要很多，小功率LED光衰强，安装成本高；城市照明LED路灯采用大功率LED是发展的趋势，少数用大功率LED作发光体的路灯产品由于没有很好地解决功率达到一定量时，LED的散热问题；LED的散光和聚光控制问题；路灯在路

5、面照射面的照度范围、型态和照度的均衡问题；光电转换效率太低，每瓦只有几个流明等问题。因此产品性能还不尽如人意；高性能的产品价位又居高不下，难以推广普及。四、研究的技术路线和方法　（一）光源的选择：　　光源比较：传统照明光源主要有3大类：白炽灯、荧光灯和稀有气体放电灯。与这些光源相比，LED光源光效比较高，使用寿命长，采用安全电压供电，不含有毒重金属，，使用寿命长，采用安全电压供电，不含有毒重金属，显色指数高，而且属于新型光源，发展潜力巨大，是未来传统光源理想的替代品。表1为几种照明光源的性能比较。表1几种照明光源的性能指标测试项目

6、白炽灯 荧光灯高压汞灯 高压钠灯LED发光效率／(1m-w)16 7050 100 50寿命／kh 2 8～10 6～2O 24 5O显色指数 95 75 45 23 85成本／(8-(klm))0.4 1．5 5 5 2O驱动电路 简单 中 复杂 复杂 中 价格低价格低 价格高 价格高 价格低安全性一般一般 差 差 高可靠性差 差 一般一般 高亮度可调性好 差 好好好方向性差 差 差 差 好环保性一般汞污染汞污染 汞污染好注：白炽灯发光效率为3Ow的数据　　散热是LED路灯要重点解决的问题。LED是冷光源，不象白炽灯那样产生灼热

7、的高温，但是，LED本身耐温能力比较差，所以必须将发光管工作时产生的热量有效的散发到空气中去，保证芯片工作在安全的温度环境下，这样LED灯才能真正的体现出长寿命的优势。　　LED的管芯和涂覆的荧光粉都是在几百度的高温条件下生产出来的，本身有一定的耐温能力。但是，LED的外壳和管芯之间存在热阻，这个热阻使LED在使用时外壳和管芯之间出现温差，管芯的温度会高于外壳温度。　　由于发光管生产技术的进步，大功率发光管内部的热阻越来越低，目前1瓦的发光管的热阻普遍在15度/瓦以下，也就是说，给1瓦的发光管加1瓦的电功率，管芯比管壳的温度只高1

8、5度。按照目前发光管管芯材料的耐温水平，管芯温度不超过150度就能长期安全的工作。这样推算，外壳温度135度时可以安全使用。但是，由于外壳封装材料的限制，实际使用中的管壳温度最好不超过70度，这样管芯温度只有85度，发光管的透明封装材料也不会快速老