結(jié)構(gòu)材料對(duì)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(fā)布時(shí)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(yīng)用。結(jié)構(gòu)和材料對(duì)其性能 都會(huì)產(chǎn)生影響。就日光燈，燈管材料不僅影響燈具 的光度參數(shù)，而且影響可靠性。球泡燈基板上的芯 片排布對(duì)光色參數(shù)也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。白光 LED 光源的電光轉(zhuǎn)化效率一般為30%左右，大部分的電

能都轉(zhuǎn)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(duì)流進(jìn)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(shí)驗(yàn)研究，對(duì)比分析了結(jié)構(gòu)與材料對(duì)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(duì)光學(xué)性能的影響

宋國華等研究了LED色溫、發(fā)光效率、顯色指數(shù)的關(guān)系。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。可見，白光LED色溫大于4000K時(shí)，技術(shù)資訊，隨色溫升高，發(fā)光效率呈緩慢下降趨勢(shì)，而顯色指數(shù)呈上升趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)對(duì)同一型號(hào)的三支不同色溫的LED日光燈(NVC3000K、NVC4000K、NVC6000K)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表1所示，辦公照明，驗(yàn)證了這個(gè)趨勢(shì)。

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

1.2結(jié)構(gòu)對(duì)光學(xué)性能的影響

LED日光燈的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

LED日光燈外殼燈管的作用主要是防護(hù)、定位、連接元器件、散熱、優(yōu)化照明效果。燈管包括:全塑料、全玻璃、半塑半鋁結(jié)構(gòu)。對(duì)同功率的T8LED日光燈進(jìn)行測(cè)試T8LED日光燈進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)而討論結(jié)構(gòu)對(duì)LED日光燈的光學(xué)性能的影響。半塑半鋁結(jié)構(gòu)正面使用透光塑料成型，背面由導(dǎo)熱性能良好且?guī)Х瓷涿嬖O(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)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(nèi)的驅(qū)動(dòng)電源，使燈管輕盈美觀)。透光塑料有PMMA(有機(jī)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(jié)構(gòu)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(dǎo)熱膠直接粘在玻璃燈管的內(nèi)壁上。玻璃燈管內(nèi)壁上涂覆有漫散射涂層，使出光均勻、柔和，減少眩光。結(jié)構(gòu)如圖5所示。

對(duì)這三種燈管結(jié)構(gòu)的LED日光燈(同功率，不同結(jié)構(gòu))進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表2。

玻璃燈管LED日光燈的透光性能要優(yōu)于其余兩種，光通量更高，發(fā)光效率也最高。燈具的顯色指數(shù)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(qū)都比較平坦，三者顯色指數(shù)幾乎一樣。半塑半鋁結(jié)構(gòu)LED日光燈的峰值光強(qiáng)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(fā)光角度最小。LED日光燈與360°發(fā)光的傳統(tǒng)熒光燈相比，由于基板和芯片發(fā)光面的限制，CE認(rèn)證，始終無法全角度發(fā)光，如圖6所示。圖(b)所示配光曲線相對(duì)于對(duì)稱軸略有偏移，是實(shí)驗(yàn)用日光燈帶有缺陷，不影響發(fā)光角度的測(cè)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(jīng)半透明燈罩?jǐn)U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(chǎn)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(fā)光角，又要考慮工作面上的光均勻度。

圖7中的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)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(qiáng)，藍(lán)色代表峰值光強(qiáng)的90%，棕色代表80%，紅色代表10%，以10%遞減。可見中間區(qū)域的第一條線都是藍(lán)線，即正對(duì)著LED日光燈的工作面接收到的光強(qiáng)最大，遠(yuǎn)離中心的光強(qiáng)減小。中間部分彩線越少，即光強(qiáng)的變化梯度越少，說明LED日光燈投射到工作面上的光強(qiáng)是隨角度慢慢變小，即發(fā)光均勻性越好。

表3、表4是三類日光燈的色坐標(biāo)和色參數(shù)數(shù)據(jù)。可見，無論是平均顏色坐標(biāo)還是中心顏色坐標(biāo)，三類LED日光燈的發(fā)光顏色區(qū)域都在標(biāo)準(zhǔn)白光E附近。進(jìn)一步，對(duì)兩個(gè)維度(Cangle、Gammaangle)色度測(cè)量分析每種LED日光燈在各個(gè)角度的色度性能。