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LED半导体照明封装及应用技术的最新进展(二)

2013-05-30 10:48
kumsing
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  9.应用

  1.概述

  LED技术发展到今天,已经室内照明、户外照明、商业照明、交通指示、建筑外景装饰等照明领域到了广泛应用,在背光源以及户外显示等方面更是显示了优异性能并占据了统治地位。针对影视舞台/剧场等演艺场所、航空/航天/极地等特殊环境以及汽车、矿山、船舶等特定照明需求,半导体照明也显示了强大的应用潜力。此外,由于LED光谱的特殊性,在医学治疗、植物培育、畜牧及水产品养殖等生物应用方面也开展了大量的应用研究。而由于LED光源的高频响应特性,基于半导体照明的可见光载波通信技术也开始受人关注。可以说随着半导体照明技术的愈发成熟,其应用领域也日益广泛和细致,除了产品寿命、稳定性及成本之外,考虑照明系统的功能性、系统集成性、环境适应性以及光源照明质量等更多要求也随之提出。

  半导体照明在应用中,除LED光源之外,还涉及到驱动电源、散热系统、光学系统、控制系统、产品外观等诸多因素。特别是LED与传统光源在发光机理及发光特性上的不同,使得如何充分利用LED光源优势、保证产品品质、同时满足人们传统审美观点使得半导体照明应用成为一门集电学、光学、热学、材料学以及美学等诸多学科在内的综合课题。

  2.高效、低成本、高可靠性驱动电源技术

  LED的发光原理是基于半导体能带复合电致发光,属于直流低压电流器件。因此,在半导体照明应用中,需要首先解决驱动电源问题。随着LED芯片及封装技术的发展,LED的发光效率不断突破,耐电流冲击能力不断提高,抗静电防护能力也得到了加强;另一方面新散热材料的应用和新散热技术的发展,有效控制了LED芯片温升和光衰问题。在这样情况下,LED驱动电源特别是大功率驱动电源成为影响LED灯具寿命的主要因素,并且成为仅次于LED芯片的灯具成本构成。

  高效、低成本、高可靠的LED驱动电源开发将会成为未来半导体照明驱动电源技术的核心基石。在此基础上,探索驱动电源产品的模块化、标准化,开发具有高集成度、高智能化电源及控制技术,有助于进一步提升LED驱动电源品质。无电解LED驱动电源、小功率低成本驱动芯片、交流直接驱动LED电源、全固态大容量电容以及基于用户需求的智能电源技术有望成为未来LED驱动电源技术的突破口。

  3.新型、高效灯具热管理技术

  LED灯具热管理的核心思想是将LED器件及驱动电源在工作时的产生地热量尽快导出并散发至环境中。开发具有高热导率的散热材料如新型塑料、陶瓷、石墨、金属、导热胶、散热涂层等灯具辅材,开发并设计具有高效散热能力的新型灯具结构是降低LED灯具热阻的关键因素。

  除开发高性能散热材料、提升材料散热性能外,LED灯具散热技术还可以根据与外接换热方式分为被动散热和主动散热。被动散热方式主要有自然对流散热和热管技术散热两种。自然对流散热是指在LED灯具上加装各种散热片借助自然对流进行冷却的一种基本散热方式。其优点是成本低、运行可靠,也是应用最为广泛的LED灯具散热方式,但较难满足大功率密度LED灯具的散热需求。而借助热管对LED装置进行冷却越来越受到人们的关注,成为大功率LED照明光源散热技术的热点。热管又分为平板热管、回路热管、翅片式热管、微型热管等多种形式,其导热能力可达普通金属的1000倍以上。但成本可能成为制约热管技术应用的重要因素。

  LED照明的主动散热是指消耗一定量的电能,采用风扇、泵等驱动散热介质受迫流过LED照明设备或采用半导体制冷等方法对LED光源进行冷却的技术,并将热量带至散热模块进行外界热交换。相比被动散热,主动冷却技术具有冷却强度高、冷却效果好的优点,特别适用于高功率密度或超大型LED照明装置的冷却。但其成本及散热系统的寿命是制约其应用的主要因素。

  基于室内、室外等不同照明环境以及特定照明用途导致的在灯具功率、体积、材质等诸多方面的制约,LED照明灯具的热管理需要因地因需制宜进行专业设计,并综合材料创新、结构创新进行优化设计。此外,照明功能模块化并结合智能控制技术,也可以帮助LED灯具在散热性能上进行一定优化。

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