通過今年兩次由國家相關(guān)部門組織的2012/2013年度半導體照明產(chǎn)品財政補貼推廣項目，最終33家企業(yè)、185款LED照明產(chǎn)品中標入圍，這在一定程度上也表明了政府和企業(yè)對商用LED照明市場規(guī)模的認可。特別是在大功率LED路燈照明部分，隨著此次補貼項目的展開，以及近期陸續(xù)出臺的廣東省各地方政策的大力扶持和推動，使得該市場迅速升溫。據(jù)統(tǒng)計，2012年國內(nèi)LED路燈照明的全年總安裝量有望達到85萬盞左右，另外，據(jù)報導，中國環(huán)資工委將在“十二五”(2011-2015年)期間安排80億元中央財政預算外資金采購400萬盞LED高效道路照明產(chǎn)品，同時還將帶動不低于30億元的地方配套資金。
2009-2012年中國LED路燈安裝量(單位：萬盞)
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然而，正當大批LED廠商紛紛搶進路燈市場之際，最近一段時間，圍繞LED路燈能否全面替代傳統(tǒng)燈源(以高壓鈉燈為主)這一話題，行業(yè)內(nèi)展開了激烈的討論，除了節(jié)能效果、穿霧能力等問題之外，爭論的焦點還包括LED路燈的散熱性能是否已經(jīng)達到了大面積應用的要求。從此次財政補貼項目的入圍產(chǎn)品來看，9000lm的LED路燈產(chǎn)品中，90W和100W的產(chǎn)品占主流；14000lm的LED路燈產(chǎn)品中，160W和150W的產(chǎn)品占主流，這些均屬于大功率照明產(chǎn)品，散熱設(shè)計直接關(guān)系到燈具的可靠性和使用壽命。
盡管業(yè)內(nèi)大多數(shù)人都表示，經(jīng)過近幾年散熱技術(shù)的不斷改善，目前階段LED路燈已經(jīng)基本成熟，但從實際效果來看仍未達到理想的狀況，這主要是由于LED光源本身的耐熱性較差，在LED功率較大、體積有限的情況下，熱問題也就相對較為突出，具體表現(xiàn)為：大功率LED燈具的重量普遍較重，產(chǎn)品的發(fā)熱量較大，散熱成本較高。而從目前的應用層面來說，各主流廠商則是從降低封裝熱阻，改進燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計、采用散熱新材料這些方面來綜合提升大功率LED路燈的散熱性能。
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改善LED芯片組件的耐溫性
溫度是固態(tài)照明在設(shè)計時需要重點考量的參考因素之一。LED照明的熱管理與芯片、封裝及系統(tǒng)集成這三方面息息相關(guān)，在上游芯片層面，要解決散熱問題，關(guān)鍵在于進一步提升LED的光效，提高LED芯片與電子組件的耐溫性(提高Tj的耐溫性)，以及LED在高溫下穩(wěn)定的光輸出特性。
億光電子工業(yè)股份有限公司戶外照明應用部經(jīng)理梁家豪分析道，大功率LED燈所產(chǎn)生的熱處理主要分為兩個層面：一是由LED芯片封裝體傳導至封裝之導熱體而導出的熱量；二是經(jīng)由光輸出時被光學部件所吸收而產(chǎn)生的熱量。如果不考慮LED封裝組件的影響，當電能轉(zhuǎn)化為光能的效率不高時，就要求散熱體的散熱效率相對要高；當電能轉(zhuǎn)化為光能的效率較高時，光學部件本身的導熱與耐熱性相對就要求更高。
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四川新力光源股份有限公司總經(jīng)理羅文正 |
對于降低LED芯片的封裝熱阻，四川新力光源股份有限公司的總經(jīng)理羅文正認為最核心的兩點是：一方面要繼續(xù)提高芯片的光電轉(zhuǎn)換效率，這樣發(fā)熱量就會繼續(xù)減少；另一方面，還要提高芯片和封裝材料的耐熱性能，使得LED器件可以在更高的溫度下可靠地工作。隨著LED光效的不斷提升，LED光源的相對發(fā)熱量將會降低，且相同光通量下的LED燈具本身功率也會下降，因此當LED光源的發(fā)光效率達到200LM/W以后，散熱應該不會成為LED燈具設(shè)計的主要矛盾。
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優(yōu)化燈具散熱結(jié)構(gòu)
目前LED路燈的散熱方式主要有：自然對流散熱、空氣振動、加裝風扇強制散熱、熱管和回路熱管散熱等，其中，自然對流散熱方式是性價比較高的散熱方式之一。但由于空間限制的關(guān)系，這種散熱方式也很容易出現(xiàn)瓶頸。因此，在有限的散熱器空間內(nèi)，需要根據(jù)要求設(shè)計優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)，盡量減小整燈系統(tǒng)的界面接觸熱阻，選用輻射率較高的表面處理方式，且整燈機構(gòu)設(shè)計注意熱傳導的均勻性，避免熱量集中，從而增強LED照明燈具的散熱性能，即對熱幅射的散熱能力。
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億光電子工業(yè)股份有限公司戶外照明應用部經(jīng)理梁家豪 |
對此，梁家豪認為在燈具設(shè)計上應注意以下幾個面向：“首先，需要輕量化：目前大功率LED燈具普遍比傳統(tǒng)燈具重；其次，需要考慮結(jié)構(gòu)與安全性：一般大功率LED燈具的散熱通常為主體結(jié)構(gòu)體，如果單純考慮散熱，結(jié)構(gòu)與安全性可能會疏忽；此外，還需要考慮耐候性(耐久性)：大功率LED燈的本體散熱體通常是鋁合金，如果要耐候或耐酸蝕，則表面會使用一些防銹處理，但因為散熱體的溫度會隨著燈具的點滅而產(chǎn)生比傳統(tǒng)燈具更劇烈的變化，因此表面耐候處理容易失效。”
此外，LED照明散熱主體的工業(yè)設(shè)計同樣也非常重要，照明燈具晚上是看光的效果，白天是看燈具的造型，所以還需要能夠融入環(huán)境的美感之中，如果只是單純考慮散熱，那么就會使燈具的造型十分單調(diào)。“主要還是要突破現(xiàn)有的燈具開發(fā)思路，”羅文正表示，“例如，可以改變LED光源的接口模式，使LED朝著模塊化、平面化方向發(fā)展?！?
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新材料提升散熱效果
傳統(tǒng)照明在設(shè)計上不必過多考慮散熱問題；而對LED來說，散熱設(shè)計則關(guān)系到光通維持率和光源壽命，因此，全面提升LED照明的散熱技術(shù)將會使LED照明更貼近于普羅大眾，也有利于LED照明的普及與應用。除了生產(chǎn)工藝、設(shè)計制造之外，尋找更為適用的新型材料也是目前許多廠商努力探索的一個方向，其中包括燈珠基板材料、導熱物質(zhì)，以及表面涂料等等。
在這一方面，新力光源做了有益的嘗試，近年來他們在材料上研究了包括共晶合金、高熱硅脂等降低界面熱阻的導熱材料，散熱涂料等增強型輻射散熱材料，以及陶瓷材料、高導熱塑料、碳纖維和稀土鋁鎂合金等新型散熱器材料，使得產(chǎn)品的設(shè)計更加靈活多樣，且效果良好。
梁家豪也介紹道，在大功率LED照明的散熱處理上，有別與其他廠商只針對單一設(shè)計的做法，億光會針對芯片、封裝、光、機、電等因素作全方位的優(yōu)化設(shè)計，并采取最新的納米散熱材料技術(shù)，令大功率LED照明燈具的效率達到較高的數(shù)值。
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責編：Quentin
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