結構材料對LED日光燈及LED球泡燈光熱性能的影響

文章來源:恒光電器

發布時間:2015-11-26

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LED 日光燈和LED球泡燈作為LED照明的典 型光源，已得到廣泛的應用。結構和材料對其性能 都會產生影響。就日光燈，燈管材料不僅影響燈具 的光度參數，而且影響可靠性。球泡燈基板上的芯 片排布對光色參數也會產生一定的影響。白光 LED 光源的電光轉化效率一般為30%左右，大部分的電

能都轉化為熱量，熱量通過基板傳到散熱器件，通過散熱器件表面的空氣對流進行散熱。散熱效率影響到日光燈或球泡燈的出光效率和使用壽命。本文通過實驗研究，對比分析了結構與材料對于LED日光燈和LED球泡燈的光、色、熱性能的影響。

1.日光燈

1.1色溫對光學性能的影響

宋國華等研究了LED色溫、發光效率、顯色指數的關系。其實驗結果如圖1所示。可見，白光LED色溫大于4000K時，技術資訊，隨色溫升高，發光效率呈緩慢下降趨勢，而顯色指數呈上升趨勢。實驗對同一型號的三支不同色溫的LED日光燈(NVC3000K、NVC4000K、NVC6000K)進行測試，結果見表1所示，辦公照明，驗證了這個趨勢。

光源的顯色性取決于它的光譜功率分布，連續光譜的光源具有較好的顯色性。顯色指數上升伴隨著發光效率下降，同時也說明色溫間接影響了LED日光燈的發光效率。

1.2結構對光學性能的影響

LED日光燈的結構如圖2所示。

LED日光燈外殼燈管的作用主要是防護、定位、連接元器件、散熱、優化照明效果。燈管包括:全塑料、全玻璃、半塑半鋁結構。對同功率的T8LED日光燈進行測試T8LED日光燈進行測試，進而討論結構對LED日光燈的光學性能的影響。半塑半鋁結構正面使用透光塑料成型，背面由導熱性能良好且帶反射面設計的鋁合金型材。在鋁型材外表面定型條紋或鰭片，以加散熱面積，結構如圖3所示.

全塑管燈管全部由塑料制成，包括:整根全部使用同一塑料，正面與反面使用不同塑料(正面使用透光塑料，背面使用乳白色塑料用以遮擋PCB的背面與燈管內的驅動電源，使燈管輕盈美觀)。透光塑料有PMMA(有機玻璃)與阻燃PC(聚碳酸酯)兩種。全PC材料拉絲或漫透射，使出光角盡量大，結構如圖4所示。

全玻璃燈管由玻璃制作而成，LED光源安裝在鋁基板的正面，其背面通過導熱膠直接粘在玻璃燈管的內壁上。玻璃燈管內壁上涂覆有漫散射涂層，使出光均勻、柔和，減少眩光。結構如圖5所示。

對這三種燈管結構的LED日光燈(同功率，不同結構)進行測試，結果如表2。

玻璃燈管LED日光燈的透光性能要優于其余兩種，光通量更高，發光效率也最高。燈具的顯色指數主要依賴于光源的光譜功率分布，由于透光材料的光譜透過率在可見區都比較平坦，三者顯色指數幾乎一樣。半塑半鋁結構LED日光燈的峰值光強最大，全玻璃LED日光燈由于漫射層均勻，平均光束角最大。單一材料LED日光燈的平均光束角比半塑半鋁LED日光燈好，而半塑半鋁LED日光燈由于散熱鋁材的限制，發光角度最小。LED日光燈與360°發光的傳統熒光燈相比，由于基板和芯片發光面的限制，CE認證，始終無法全角度發光，如圖6所示。圖(b)所示配光曲線相對于對稱軸略有偏移，是實驗用日光燈帶有缺陷，不影響發光角度的測量。

LED日光燈的照明屬于半直接照明，半透明材料制成的燈罩罩住光源上部，60%～90%的光線集中射向工作面，LED照明工程，10%～40%被罩光線又經半透明燈罩擴散而向上漫射，其光線比較柔和。這種燈具常用于較低的房間的一般照明。由于漫射光線能照亮平頂，使房間頂部亮度增加，因而能產生較大的空間感。因此在LED日光燈的空間分布中，既要考慮發光角，又要考慮工作面上的光均勻度。

圖7中的橫坐標和縱坐標分別表示工作面的水平角度和垂直角度，圖中的彩線代表不同的光強，藍色代表峰值光強的90%，棕色代表80%，紅色代表10%，以10%遞減。可見中間區域的第一條線都是藍線，即正對著LED日光燈的工作面接收到的光強最大，遠離中心的光強減小。中間部分彩線越少，即光強的變化梯度越少，說明LED日光燈投射到工作面上的光強是隨角度慢慢變小，即發光均勻性越好。

表3、表4是三類日光燈的色坐標和色參數數據。可見，無論是平均顏色坐標還是中心顏色坐標，三類LED日光燈的發光顏色區域都在標準白光E附近。進一步，對兩個維度(Cangle、Gammaangle)色度測量分析每種LED日光燈在各個角度的色度性能。