破譯稀土大功率LED燈具技術密碼

據調查，在LED路燈工程中安裝的幾十萬只LED路燈，普遍的熱平衡后光效 40-60 lm/W，80%的產品2000h的光通維持率也只有80%左右。而研制成功應用的稀土大功率LED燈具熱平衡后光效達到90 lm/W以上，其技術數據水平也超過發改委、建設部和交通部三部委聯合發布的《半導體照明產品技術要求》2010版規定的光效大于85 lm/W和光通維持率10000h大于86%的要求。

一、結構模式對比

1、整體燈具結構對比

單片式LED燈具巧妙的將散熱器和燈殼一體化設置，然后將LED光源固連于燈殼散熱器導熱基板，配光透鏡與導熱基板間形成的光源腔防護等級IP67，因此可以省略燈殼以及燈罩，燈具由燈殼散熱器、LED光源、配光組件和驅動電源四大部件構成，最大限度地簡化燈具結構，降低成本。

稀土大功率LED燈具除了結構簡化外還集成了以下技術:散熱器與燈殼一體化散熱結構，單片式結構，使燈具完全裸露在環境空氣中，無蓄熱空腔存在;稀土合金材料制作的散熱器導熱率高熱阻低，稀土合金均溫板結構設計使熱量散發均勻，無高溫區域;不同導熱材料之間的精密配合技術和熱變形模數匹配技術，使接觸緊密、熱阻低;使用高效導熱介質材料，降低接觸面熱阻;運用空氣動力學以及熱力學原理設計穿孔立體網格狀散熱器形成“煙囪式”散熱方式，加速空氣對流循環，同時過孔結構使灰塵無處依附，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、光源封裝結構對比

傳統LED光源一般多為Ф5系列或瓦級單顆LED封裝而成，功率和光通均較小，應用于大功率照明時就需多顆陣列排列實現大功率要求。其封裝結構如圖所示，透鏡一般采用樹脂材料制成，而樹脂材料隨著時間、溫度以及紫外線的影響會變質發黃，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在約2.5×2.5 cm的面積上實現單顆LED光源百瓦級、光通量可達10000lm以上，光源發光效率大于 100 lm/w，工作壽命大于50000小時。通過配光透鏡的組合，使光照范圍可控，照度均勻度高。

多顆集成封裝時采用多顆LED光源集成封裝在模塊支架內實現照明用大功率要求。由于僅把LED晶粒集成封裝，未從材料選用以及散熱結構上多加改進，反而使光源的光效降低、結溫升高、壽命縮短，光衰更為嚴重。

而先進的陶瓷基集成光源和室溫液態金屬集成光源，產品綜合應用了稀土熒光粉、稀土陶瓷LED封裝基板、稀土室溫液態金屬等新材料和工藝。

稀土熒光粉:實現熒光粉的激發波長與芯片的發射波長相匹配，大大提高光轉換效率;稀土離子激活熒光粉材料，增加了穩定性，提高LED的光色質量和光效。

稀土陶瓷LED封裝基板:采用高導熱性能的稀土陶瓷LED封裝基板代替傳統的金屬基板，減少熱應力變形，提高LED光源的可靠性。

稀土室溫液態金屬:采用低熱阻的稀土室溫液態金屬，取代傳統的固晶銀膠和導熱膏做粘接劑和填充劑，打破了大功率LED光源到散熱器的導熱瓶頸，使LED晶片的結溫接近散熱器溫度;

3、配光透鏡結構對比

傳統配光透鏡一般樹脂材料模壓成型，適用于單顆封裝LED光源的配光，新型配光透鏡由光學玻璃制作而成，材料中添加稀土元素，降低透鏡對光的吸收和修正折射率，減少光的色散;同時，在光學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合的配光要求，如下列幾款產品:

二、稀土新材料的應用及其解決的技術問題

在大功率LED燈具設計制造的幾個關鍵環節上創新性地集成應用了稀土材料技術，成功地將各種優秀的稀土材料技術集成運用于LED中、下游產品。逐一地攻克大功率LED燈具的光效、光衰、配光、光色、導熱、散熱、可靠性等LED照明燈具中的關鍵技術，形成了科學的系統解決方案。

① 在LED封裝熒光粉中摻入稀土元素，實現熒光粉的激發波長與芯片的發射波長相匹配，大大提高光轉換效率。采用低熱阻的稀土室溫液態金屬，取代傳統的固晶銀膠和導熱膏做粘接劑和填充劑，打破了大功率LED光源到散熱器的導熱瓶頸，使LED晶片的結溫接近散熱器溫度;采用高導熱性能的稀土陶瓷LED封裝基板代替傳統的金屬基板，減少熱應力變形，提高LED光源的可靠性。

② 在配光透鏡的光學玻璃材料中添加稀土元素，降低透鏡對光的吸收和修正折射率，減少光的色散;同時，在光學玻璃透鏡上鍍稀土化合物增透膜和減反射膜，增加光的透過率，減少光損和因透鏡材料引起的光衰;

③ 采用稀土合金材料制作燈具散熱器，稀土散熱器的材料導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的稀土納米油漆代替傳統燈具外殼的噴塑和油漆材料，極大地提高熱發散能力。