结构材料对LED日光灯及LED球泡灯光热性能的影响

文章来源:恒光电器

发布时间:2015-11-26

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LED 日光灯和LED球泡灯作为LED照明的典 型光源，已得到广泛的应用。结构和材料对其性能 都会产生影响。就日光灯，灯管材料不仅影响灯具 的光度参数，而且影响可靠性。球泡灯基板上的芯 片排布对光色参数也会产生一定的影响。白光 LED 光源的电光转化效率一般为30%左右，大部分的电

能都转化为热量，热量通过基板传到散热器件，通过散热器件表面的空气对流进行散热。散热效率影响到日光灯或球泡灯的出光效率和使用寿命。本文通过实验研究，对比分析了结构与材料对于LED日光灯和LED球泡灯的光、色、热性能的影响。

1.日光灯

1.1色温对光学性能的影响

宋国华等研究了LED色温、发光效率、显色指数的关系。其实验结果如图1所示。可见，白光LED色温大于4000K时，技术资讯，随色温升高，发光效率呈缓慢下降趋势，而显色指数呈上升趋势。实验对同一型号的三支不同色温的LED日光灯(NVC3000K、NVC4000K、NVC6000K)进行测试，结果见表1所示，办公照明，验证了这个趋势。

光源的显色性取决于它的光谱功率分布，连续光谱的光源具有较好的显色性。显色指数上升伴随着发光效率下降，同时也说明色温间接影响了LED日光灯的发光效率。

1.2结构对光学性能的影响

LED日光灯的结构如图2所示。

LED日光灯外壳灯管的作用主要是防护、定位、连接元器件、散热、优化照明效果。灯管包括:全塑料、全玻璃、半塑半铝结构。对同功率的T8LED日光灯进行测试T8LED日光灯进行测试，进而讨论结构对LED日光灯的光学性能的影响。半塑半铝结构正面使用透光塑料成型，背面由导热性能良好且带反射面设计的铝合金型材。在铝型材外表面定型条纹或鳍片，以加散热面积，结构如图3所示.

全塑管灯管全部由塑料制成，包括:整根全部使用同一塑料，正面与反面使用不同塑料(正面使用透光塑料，背面使用乳白色塑料用以遮挡PCB的背面与灯管内的驱动电源，使灯管轻盈美观)。透光塑料有PMMA(有机玻璃)与阻燃PC(聚碳酸酯)两种。全PC材料拉丝或漫透射，使出光角尽量大，结构如图4所示。

全玻璃灯管由玻璃制作而成，LED光源安装在铝基板的正面，其背面通过导热胶直接粘在玻璃灯管的内壁上。玻璃灯管内壁上涂覆有漫散射涂层，使出光均匀、柔和，减少眩光。结构如图5所示。

对这三种灯管结构的LED日光灯(同功率，不同结构)进行测试，结果如表2。

玻璃灯管LED日光灯的透光性能要优于其余两种，光通量更高，发光效率也最高。灯具的显色指数主要依赖于光源的光谱功率分布，由于透光材料的光谱透过率在可见区都比较平坦，三者显色指数几乎一样。半塑半铝结构LED日光灯的峰值光强最大，全玻璃LED日光灯由于漫射层均匀，平均光束角最大。单一材料LED日光灯的平均光束角比半塑半铝LED日光灯好，而半塑半铝LED日光灯由于散热铝材的限制，发光角度最小。LED日光灯与360°发光的传统荧光灯相比，由于基板和芯片发光面的限制，CE认证，始终无法全角度发光，如图6所示。图(b)所示配光曲线相对于对称轴略有偏移，是实验用日光灯带有缺陷，不影响发光角度的测量。

LED日光灯的照明属于半直接照明，半透明材料制成的灯罩罩住光源上部，60%～90%的光线集中射向工作面，LED照明工程，10%～40%被罩光线又经半透明灯罩扩散而向上漫射，其光线比较柔和。这种灯具常用于较低的房间的一般照明。由于漫射光线能照亮平顶，使房间顶部亮度增加，因而能产生较大的空间感。因此在LED日光灯的空间分布中，既要考虑发光角，又要考虑工作面上的光均匀度。

图7中的横坐标和纵坐标分别表示工作面的水平角度和垂直角度，图中的彩线代表不同的光强，蓝色代表峰值光强的90%，棕色代表80%，红色代表10%，以10%递减。可见中间区域的第一条线都是蓝线，即正对着LED日光灯的工作面接收到的光强最大，远离中心的光强减小。中间部分彩线越少，即光强的变化梯度越少，说明LED日光灯投射到工作面上的光强是随角度慢慢变小，即发光均匀性越好。

表3、表4是三类日光灯的色坐标和色参数数据。可见，无论是平均颜色坐标还是中心颜色坐标，三类LED日光灯的发光颜色区域都在标准白光E附近。进一步，对两个维度(Cangle、Gammaangle)色度测量分析每种LED日光灯在各个角度的色度性能。