为推动节能减排，促进半导体照明行业健康快速发展，2009初年，科技部启动了“十城万盏”半导体照明应用工程试点工作，涵盖北京、上海、深圳、武汉等21个城市入选试点城市，在国家政策和利益驱使下，众多企业纷纷投身其中，一时间LED成为科技、节能和可持续发展的代名词，就此推广应用LED的大幕迅速拉开。
　　时隔一年，这些试点城市的半导体照明应用和推广工作进展如何？作为试点，又能给其他意欲发展半导体照明产业的城市提供哪些有益的借鉴？从今年7月开始，国家半导体照明工程研发及产业联盟对这些试点城市展开了调研，搜集了这些地区的“施政经验”,以期更好地促进半导体照明行业的健康发展。
　　LED照明是未来的发展方向，然而，由于技术的不成熟以及急功近利，在推广过程中暴露出诸多问题。众多专家也透过十城万盏项目的推行，重新审视整个LED产业的发展状况。在LED路灯工程中安装的几十万只LED路灯的技术质量水平令人担忧，普遍地热平衡后光效40-60lm/W,80%的产品2000h的光通维持率也只有80%左右。
　　是不是市场上所有产品都是如此呢？也不尽然，LED应用的成功案例主要体现在景观照明和隧道照明上，例如上海世博会应用了10万盏LED灯具，经过近五个月的高温考验，其光通维持率和早期失效率均处于先进水平，长江隧道照明工程采用的LED隧道灯具平均光通维持率98%.苏州中泽光电科技有限公司生产的稀土大功率LED灯具热平衡后光效达到90lm/W以上，其技术数据水平已经超过本次发改委、建设部和交通部三部委联合发布的《半导体照明产品技术要求》2010版规定的光效大于85lm/W和光通维持率10000h大于86%的要求。为此，现对苏州中泽光电科技有限公司生产的稀土大功率LED灯具对比市场常见LED灯具进行技术剖析。

　　一、结构模式的对比
　　1、整体灯具结构对比
　　常见LED灯具主要有分立式LED灯具和集成大功率LED灯具两种模式。分立式LED灯具是以多颗单颗封装LED光源通过阵列排列实现大功率要求，其光源较多，结构复杂，容易出现线路故障，再加上单颗LED光源一般采用树脂透镜封装成型，树脂材料随时间、温度以及紫外线的影响会黄花老化，引起光衰，影响照明效果，有时为了灯具整体美观和防护等级的要求而把光源、散热器以及驱动电源等部件置于灯壳内，这样进一步阻碍了热量的散发。集成大功率LED灯具是采用单颗几十瓦的光源，单个或几个光源组成灯具的安装方式，其通常做法是将散热器外置，可直接与空气接触，LED光源固定安装于金属导热基板，导热基板上设置平行的散热鳍片，这种结构的LED灯具较多颗阵列组合式灯具虽有一些进步，但也造成了二次配光和灯具散热结构设计的难度，散热器虽与空气直接接触，但不能形成空气对流，散热效率并不太高，恶劣环境下风沙以及灰尘的沉积会进一步降低散热效果。
　　通过对LED灯具原理以及市场上LED灯具缺陷的研究，中泽创造性的提出了单片式LED灯具的设计构想，彻底摒弃传统灯具上下壳加透明灯罩的结构，巧妙的将散热器和灯壳一体化设置，然后将LED光源固连于灯壳散热器导热基板，配光透镜与导热基板间形成的光源腔防护等级IP67,因此可以省略灯壳以及灯罩，灯具由灯壳散热器、LED光源、配光组件和驱动电源四大部件构成，最大限度地简化灯具结构，降低成本。
　　稀土大功率LED灯具除了结构简化外还集成了以下技术：散热器与灯壳一体化散热结构，单片式结构，使灯具完全裸露在环境空气中，无蓄热空腔存在；稀土合金材料制作的散热器导热率高热阻低，稀土合金均温板结构设计使热量散发均匀，无高温区域；不同导热材料之间的精密配合技术和热变形模数匹配技术，使接触紧密、热阻低；使用高效导热介质材料，降低接触面热阻；运用空气动力学以及热力学原理设计穿孔立体网格状散热器形成“烟囱式”散热方式，加速空气对流循环，同时过孔结构使灰尘无处依附，保证了散热片与空气的直接接触面积；纳米的热辐射涂层，增加了灯具的热辐射能力。

　　2、光源封装结构对比
　　传统LED光源一般多为Ф5系列或瓦级单颗LED封装而成，功率和光通均较小，应用于大功率照明时就需多颗阵列排列实现大功率要求。其封装结构如图所示，透镜一般采用树脂材料制成，而树脂材料随着时间、温度以及紫外线的影响会变质发黄，引起LED光源光衰。
　　铜基镀银集成光源模块采用集成芯片封装技术在约2.5×2.5cm的面积上实现单颗LED光源百瓦级、光通量可达10000lm以上，光源发光效率大于100lm/w,工作寿命大于50000小时。通过配光透镜的组合，使光照范围可控，照度均匀度高。
　　多颗集成封装时采用多颗LED光源集成封装在模块支架内实现照明用大功率要求。由于仅把LED晶粒集成封装，未从材料选用以及散热结构上多加改进，反而使光源的光效降低、结温升高、寿命缩短，光衰更为严重。
　　为解决上述问题，中泽光电成功研制出先进的陶瓷基集成光源和室温液态金属集成光源，产品综合应用了稀土荧光粉、稀土陶瓷LED封装基板、稀土室温液态金属等新材料和工艺。
　　稀土荧光粉：实现荧光粉的激发波长与芯片的发射波长相匹配，大大提高光转换效率；稀土离子激活荧光粉材料，增加了稳定性，提高LED的光色质量和光效。
　　稀土陶瓷LED封装基板：采用高导热性能的稀土陶瓷LED封装基板代替传统的金属基板，减少热应力变形，提高LED光源的可靠性。
　　稀土室温液态金属：采用低热阻的稀土室温液态金属，取代传统的固晶银胶和导热膏做粘接剂和填充剂，打破了大功率LED光源到散热器的导热瓶颈，使LED晶片的结温接近散热器温度；

　　3、配光透镜结构对比
　　传统配光透镜一般树脂材料模压成型，适用于单颗封装LED光源的配光，新型配光透镜由光学玻璃制作而成，材料中添加稀土元素，降低透镜对光的吸收和修正折射率，减少光的色散；同时，在光学玻璃透镜上镀稀土化合物增透膜和减反射膜，增加光的透过率，减少光损和因透镜材料引起的光衰，为是灯具适合不同场合的配光要求，公司开发了如下几款产品。

　　4、灯壳散热器结构对比
　　常见LED灯具散热器为铝材压铸或挤压而成鳍片状散热器，如下图所示：

　　新型穿孔网格立体散热器结构，增加散热面积，运用热力学和空气动力学原理，加速空气受热后自然循环，提高散热效果，降低散热器温度，使LED结温下降。

　　上图所示的穿孔网格立体散热器，该散热器的工作原理是：LED光源的热传到穿孔网格立体散热器上时与周边的空气形成热交换，被加热的周边空气发生体积膨胀、质量变轻而自然向上流，下面的未被加热的冷空气因气压作用自然补充上来，又被穿孔网格状散热器加热上升，这样源源不断发生了与空气自然循环热量交换，空气上升使散热器的热量不断交换到环境空气中，保证了LED光源工作在可靠的温度条件下，而LED光源结点所发出的热源反而成了空气热交换的动力源，这一科学原理的运用使我们突破了LED光源难散热的技术瓶颈。
　　二、散热通道的对比

　　从上述两表可以看出结温基于LED灯具的重要性，有效控制LED结温是保障LED各项性能指标的前提，下面就几种常见散热方式进行比较。
　　①分立式LED灯具散热情况分析
　　分立式LED灯具主要的散热路径是：管芯→散热垫→印制板敷铜层→散热器→环境空气。LED结温为TJ,环境空气的温度为TA,散热垫底部的温度为Tc（TJ>Tc>TA）从管芯的结温TJ传导到空气TA的总热阻RJA与各热阻关系为：RJA=RJC+RCB+RBA

　　②热管导热LED灯具散热情况分析
　　从灯具光源发出的热量通过热管传递到散热片上，热管可以增加热传导速率（热管本身不具备散热能力），但是热量传递到散热片后，还需要散热片有足够的散热面积和足够的与空气对流的环境，如果上述条件满足不了，则系统热平衡后，LED散热问题依然存在。

　　③稀土大功率LED灯具散热情况分析
　　散热器与灯壳一体化的科学设计，使LED光源与外壳紧密相连，通过独特的散热器与空气对流高效散热，实现了芯片热量的快速传递与释放，不仅确保了光源能在较低温度下工作，而且最大限度地减少了LED光衰减，从而形成了LED灯具寿命长，免维护的特点。

　　从上述分析可以看出，稀土大功率LED灯具在散热通道、热阻和散热效果等方面具有极大的优势。
　　三、出光通道的对比
　　LED灯具的光效取决于芯片的内量子效率、外量子效率以及灯具效率，LED芯片发出的光必须通过的一定的通道传播出来并照射到有效区域内才能被利用，优化出光通道是提高LED灯具光效的有效途径，对于下游应用灯具就是设计出合理的出光通道将LED发出的光有效的“释放”出来，为了有可比性，LED光源光效以100lm/w计算。

　　可见随着灯具的工作时间、工作环境变化以及灯具自身材料的影响，会产生光损，此表中的数据会逐步下降。
　　四、稀土新材料的应用及其解决的技术问题
　　欧美日等国企业有LED上游技术优势，而中国则有稀土资源优势，如能将稀土资源应用于LED照明领域进而提高和改善产品技术指标将关系到我国LED产业能否参与国际市场竞争，化资源优势为技术优势，从而打破国外对LED的垄断地位。
　　公司技术团队经过三年多的努力，在大功率LED灯具设计制造的几个关键环节上创新性地集成应用了稀土材料技术，成功地将各种优秀的稀土材料技术集成运用于LED中、下游产品。逐一地攻克大功率LED灯具的光效、光衰、配光、光色、导热、散热、可靠性等LED照明灯具中的关键技术，形成了科学的系统解决方案。不但解决了大功率LED照明用稀土原材料的技术问题，同时还解决了功能性技术问题、产品生产模式问题、生产过程中的标准化问题，形成了LED灯具的中泽模式。其主要应用有以下几点：
　　①在LED封装荧光粉中掺入稀土元素，实现荧光粉的激发波长与芯片的发射波长相匹配，大大提高光转换效率。采用低热阻的稀土室温液态金属，取代传统的固晶银胶和导热膏做粘接剂和填充剂，打破了大功率LED光源到散热器的导热瓶颈，使LED晶片的结温接近散热器温度；采用高导热性能的稀土陶瓷LED封装基板代替传统的金属基板，减少热应力变形，提高LED光源的可靠性。
　　②在配光透镜的光学玻璃材料中添加稀土元素，降低透镜对光的吸收和修正折射率，减少光的色散；同时，在光学玻璃透镜上镀稀土化合物增透膜和减反射膜，增加光的透过率，减少光损和因透镜材料引起的光衰；
　　③采用稀土合金材料制作灯具散热器，稀土散热器的材料导热能力比普通铝合金提高2倍以上，解决大功率LED灯具的世界性散热难题；采用新型具有吸热快和红外辐射散热性能强的稀土纳米油漆代替传统灯具外壳的喷塑和油漆材料，极大地提高热发散能力。

　　五、稀土材料用于大功率LED灯具还需加强及继续研究的课题
　　稀土材料应用于大功率LED照明尚处于起步阶段，其对灯具的散热均温、透镜出光效率、荧光粉性能等方面均有很大改善，且尚有很大的潜力可以挖掘，还需各界科技工作者共同努力，把稀土材料与LED绿色照明工程有机结合起来，充分利用“中东有石油，中国有稀土”这一自然优势，为我国的LED产业参与国际市场竞争做好技术保障。