關鍵詞：低色溫、高光效、白光LED模塊

　?。?引言

　　目前道路燈具中普遍采用的光源是高壓鈉燈或金屬鹵化燈，這兩種光源的最大特點是，發光的電弧管尺寸小，由于尺寸很小的電弧管產生很大的光輸出，并且具有很高的光效，前者包括配套電器，可達110lm/w，后者包括配套電器可達80lm/w。但這類光源應用在道路燈具中時，只有40%左右的光直接透過玻璃罩到達路面的，其它的光是通過燈具發射器再投射出燈具的，目前普遍采用此類光源的傳統燈具基本都存在兩個不足，一是燈具直接照射的方向上照度很高，在次干道上可達50lx以上，這一區域屬于明顯的過渡照明，而兩個燈具的光照交叉處的照度僅為燈下照度的20%～40%。二是此類燈具的反射器的效率一般僅為50%～60%，所以有60%左右的光輸出在燈具內，是在損失了40%～30%后再投射到路面上的。此類燈具的總體效率一般都在70%左右。并且上述的過渡照明區域中過多的照度也屬于浪費。綜合上述分析上述傳統的道路燈具其綜合的有效照明效率（扣除過度照明部分）僅為50%。也因為上述原因，目前我國次干道的照明效果（路面照度和照度的均勻度）基本都達不到CJJ45-2006和CIE31以及CIE115的標準要求[1]。而LED作為第四代光源，不但具有節能、環保作用，而且由于其自身特點（方向性、高顯色性、結構易設計和控制方便等）引起了普遍的關注[2][3][4]，隨著LED芯片發光效率的不斷提高，尤其是100lm/w的芯片面世，LED道路燈將逐漸取代傳統道路燈（鈉制燈、鹵素燈等）。而制造單個超過80W燈不切合實際，其主要原因是難以散熱和難以設計光分布，故使用多個超過10W燈模塊組合成不同功率的LED路燈成為了研究和市場主流。由于鈉制路燈的色溫一般低于3000K, 顯色指數低于40，低色溫光線具有穿透霧和水汽的能力強，光線柔和，溫暖，路面反射率高等諸多優點。所以低色溫高光效的LED模塊成為目前市場研究熱點。本論文著重介紹本公司開發的低色溫、高發光效率和低光衰的12W路燈模塊。

　?。?試驗與測試

　　本公司研究人員針對目前市場上高功率LED模塊衰減大，色溫低于3000K的發光效率低等問題，開發了一種新型的LED路燈模塊。其結構如圖1所示。此結構獨特之處是熒光粉涂敷層位于透鏡中，通過小孔可將熒光粉注入特定形狀的熒光粉槽中，此槽的形狀依據芯片排列形狀而變化。

1、高折射透鏡，2、芯片，3、金線，4、密封膠，5、支架，51、拋物線形支架槽，11、熒光粉涂敷層，12、灌熒光粉口
圖1 本公司12W白光LED模塊示意圖和實物圖

　　此結構的優點：1、熒光粉與芯片之間隔著密封膠和隔熱透鏡，熒光粉的溫度可保持在40℃以下，而12W芯片溫度卻高達80-100℃，故熒光粉的衰減很??；2、熒光粉形狀易設計，通過設計不同的熒光粉槽可以使得熒光粉被最高效率的激發，發光效率得到大幅度提高；3、透鏡的形狀和折射率易設計，使用高折射率的玻璃，可以做出不同擴散角的LED模塊，；4、熒光粉形狀使得每個1W芯片發射的點光源經過熒光粉層后成為了均勻的面光源。

　　采用臺灣晶元功率型LED芯片，10顆芯片，其功率為12W。將制備的12W的LED模塊，放入可靠性測試設備中，高低溫循環測試（-40～80℃）100小時，然后有上海半導體照明工程技術研究中心抽樣檢測，采用杭州遠方的LED300光色電綜合測量系統和LED620光強分布測試儀分別測試樣品的光電參數和平均光強擴散角，測試方式為恒流點亮5分鐘后測試。（我們研究發現12瓦LED燈點亮5分鐘后其電壓不再變化，發光效率也基本不再變化，此法衡量LED的各項光學參數應更準確）。光衰測試采用點亮5000小時后測試。

　　３.結果與討論

　　為了數據更具有說服力，本公司邀請上海半導體照明工程技術研究中心抽樣檢測，表一為上海半導體照明工程技術研究中心檢測數據：

　　表一　12WLED路燈模組的光電參數(光譜準確度：+/-2nm; 色度準確度：+/-0.0015x, +/-0.001y)

　　從上表可以發現，12W LED路燈模組的色溫只有2656K, 但是其發光效率卻高達95.53lm/w, 雖然高壓鈉制燈的發光光效率高達110lm/w, 但是其發散角很大，有效利用的光通量約占50%，而LED路燈模塊具有方向性，故其光通量幾乎可被完全利用，相比較而言，此LED路燈模塊的應用前景更好，加上LED芯片的發光效率不斷提高，價格不斷下降，LED道路燈必將逐漸取代高壓鈉制燈和其他相關道路燈。低色溫高發光效率燈模塊一直是研究難點，本公司開發的低色溫模塊，其色溫可控范圍為2000-4000K，可按照用戶的要求來設計色溫和發光效率。

　　通過繼續合理的規劃熒光粉涂敷形狀、芯片的排列位置，增鍍全反射薄膜和增透膜可大幅度的提高其發光效率，目前我們實驗室已經開發出了發光效率高達105lm/w, 色溫為2000-4000K的5W,12W,24W,30W等的路燈模塊。

　　透過改變透鏡和熒光粉涂敷形狀，我們設計出了不同光強擴散角的12W白光LED路燈模塊，現以平均光強擴散角θ(50%)為65o來說明這個問題。圖1所示的結構制備出來的12W LED模塊的照度分布為一個規則的圓，12W白光LED懸掛1米高，其中心照度為267lux,通過改變透鏡的形狀，可以設計出不同形狀的照度圖，目前本公司正在按照客戶要求設計此類產品。如圖2所示

圖2 經過配光設計的透鏡及配光曲線

　　在實際應用中，只需要將此模塊安裝在燈具上就可以實現矩形光斑照明，此模塊適合不同類型的燈具，解決了令燈具廠商頭痛的燈具配光問題。

　　上海半導體照明工程技術研究中心抽樣測試了本公司12W的路燈的光衰，結果顯示點亮5000小時后，光衰小于1%，遠低于市場上其他設計的大功率LED模塊。其主要原因是1、熒光粉遠離發熱的芯片；2、熒光粉形狀可控；3、性質穩定的高折射率密封材料和透鏡。

　　此模塊具有廣泛的應用，本公司采用此模塊開發了一系列的泛光燈，隧道燈、路燈以及室內照明燈具和投影機光源等，如圖3所示。

圖3 基于12W低色溫、高光效制備的隧道燈，室內照明燈，路燈和筒燈等照片

　?。?結論

　　本公司開發出一種新型的適合照明用的12W白光LED模塊，此模塊具有低色溫、高光效尤其適合路燈、隧道燈，泛光燈和投影機等照明。本技術解決了目前低色溫、高光效難以制備的難題。為LED室外照明開辟了一條新的思路和方法。12W模塊已經投入市場，目前本公司研發人員又開發出了5W, 12W,24W,30W等系列的低色溫(2000-4000K)、高光效的(實驗室已可達到105lm/w)LED模塊，此模塊的光強擴散角(50%)可設計為30o, 45o, 60o 和70o；照度范圍可設計為圓形，橢圓形和類矩形等。

　　參考文獻

　　[1] 城市道路照明設計標準， CJJ45-2006, 2006-12-19發布，2007-07-01實施，中華人民共和國建設部

　　[2] Steigerwald D A, Bhat J C, Collins D, et al. Illumination with solid state lighting technology[J]. IEEE J. Selected Topics in Quantum Electron., 2002, 8(2):310-320

　　[3] Narendran N. Improved performance of white LED [J]. Proc. SPIE, 2005, 5941:1-6

　　[4] 錢可元，胡飛，吳慧穎，等.大功率白光LED封裝技術研究[J],半導體光電，2005，26（2）：118-120