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低色温、高光效LED路灯模块研究

来源:云南太阳能路灯厂 发布时间:2021/5/26 11:56:09

导语:目前道路灯具中普遍采用的光源是高压钠灯或金属卤化灯,这两种光源的最大特点是,发光的电弧管尺寸小,由于尺寸很小的电弧管产生很大的光输出,并且具有很高的光效,前者包括配套电器,可达110lm/w,后者包括配套电器可达80lm/w。

1.引言

目前道路灯具中普遍采用的光源是高压钠灯或金属卤化灯,这两种光源的最大特点是,发光的电弧管尺寸小,由于尺寸很小的电弧管产生很大的光输出,并且具有很高的光效,前者包括配套电器,可达110lm/w,后者包括配套电器可达80lm/w。但这类光源应用在道路灯具中时,只有40%左右的光直接透过玻璃罩到达路面的,其它的光是通过灯具发射器再投射出灯具的,目前普遍采用此类光源的传统灯具基本都存在两个不足,一是灯具直接照射的方向上照度很高,在次干道上可达50lx以上,这一区域属于明显的过渡照明,而两个灯具的光照交叉处的照度仅为灯下照度的20%~40%。二是此类灯具的反射器的效率一般仅为50%~60%,所以有60%左右的光输出在灯具内,是在损失了40%~30%后再投射到路面上的。此类灯具的总体效率一般都在70%左右。并且上述的过渡照明区域中过多的照度也属于浪费。

综合上述分析上述传统的道路灯具其综合的有效照明效率(扣除过度照明部分)仅为50%。也因为上述原因,目前我国次干道的照明效果(路面照度和照度的均匀度)基本都达不到CJJ45-2006和CIE31以及CIE115的标准要求[1]。而LED作为第四代光源,不但具有节能、环保作用,而且由于其自身特点(方向性、高显色性、结构易设计和控制方便等)引起了普遍的关注[2][3][4],随着LED芯片发光效率的不断提高,尤其是100lm/w的芯片面世,LED道路灯将逐渐取代传统道路灯(钠制灯、卤素灯等)。而制造单个超过80W灯不切合实际,其主要原因是难以散热和难以设计光分布,故使用多个超过10W灯模块组合成不同功率的LED路灯成为了研究和市场主流。由于钠制路灯的色温一般低于3000K, 显色指数低于40,低色温光线具有穿透雾和水汽的能力强,光线柔和,温暖,路面反射率高等诸多优点。所以低色温高光效的LED模块成为目前市场研究热点。本论文着重介绍本公司开发的低色温、高发光效率和低光衰的12W路灯模块。

2.试验与测试

本公司研究人员针对目前市场上高功率LED模块衰减大,色温低于3000K的发光效率低等问题,开发了一种新型的LED路灯模块。其结构如图1所示。此结构独特之处是荧光粉涂敷层位于透镜中,通过小孔可将荧光粉注入特定形状的荧光粉槽中,此槽的形状依据芯片排列形状而变化。

低色温、高光效LED路灯模块研究

1、高折射透镜,2、芯片,3、金线,4、密封胶,5、支架,51、抛物线形支架槽,11、荧光粉涂敷层,12、灌荧光粉口

此结构的优点:1、荧光粉与芯片之间隔着密封胶和隔热透镜,荧光粉的温度可保持在40℃以下,而12W芯片温度却高达80-100℃,故荧光粉的衰减很小;2、荧光粉形状易设计,通过设计不同的荧光粉槽可以使得荧光粉被最 高效率的激发,发光效率得到大幅度提高;3、透镜的形状和折射率易设计,使用高折射率的玻璃,可以做出不同扩散角的LED模块,;4、荧光粉形状使得每个1W芯片发射的点光源经过荧光粉层后成为了均匀的面光源。

采用台湾晶元功率型LED芯片,10颗芯片,其功率为12W。将制备的12W的LED模块,放入可靠性测试设备中,高低温循环测试(-40~80℃)100小时,然后有上海半导体照明工程技术研究中心抽样检测,采用杭州远方的LED300光色电综合测量系统和LED620光强分布测试仪分别测试样品的光电参数和平均光强扩散角,测试方式为恒流点亮5分钟后测试。(我们研究发现12瓦LED灯点亮5分钟后其电压不再变化,发光效率也基本不再变化,此法衡量LED的各项光学参数应更准确)。光衰测试采用点亮5000小时后测试。

3.结果与讨论

为了数据更具有说服力,本公司邀请上海半导体照明工程技术研究中心抽样检测,表一为上海半导体照明工程技术研究中心检测数据:

表一 12WLED路灯模组的光电参数(光谱准确度:+/-2nm; 色度准确度:+/-0.0015x, +/-0.001y)

电压(V)  电流(A)  倍增管工作温度(℃)  光通量(lm)  光效率(lm/w)  相关色温(k)

   12.71  0.9001    22.7       1092.8    95.53     2656

从上表可以发现,12W LED路灯模组的色温只有2656K, 但是其发光效率却高达95.53lm/w, 虽然高压钠制灯的发光光效率高达110lm/w, 但是其发散角很大,有效利用的光通量约占50%,而LED路灯模块具有方向性,故其光通量几乎可被完全利用,相比较而言,此LED路灯模块的应用前景更好,加上LED芯片的发光效率不断提高,价格不断下降,LED道路灯必将逐渐取代高压钠制灯和其他相关道路灯。低色温高发光效率灯模块一直是研究难点,本公司开发的低色温模块,其色温可控范围为2000-4000K,可按照用户的要求来设计色温和发光效率。

文章来源:中国照明网报道



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