LED灯具结构及外观设计的思考与探索

1、当今 LEDLED 应用产品的热门话题：路灯，受到诸多企业的关注与青睐，国内 LEDLED 应用产品厂商几乎超过 20002000 家投入生产。在行业展览会上，几乎所有路灯产品 大体相同，千人一面，毫无特色。我最近接待一位德国客户，他就直言不讳的说：“我考察你们多家名企的 LEDLED 路灯产品，不是很满意，安装在德国街道上会影响 整体建筑风格环境”。建议我们结合地域文化开发具有工业化的又有艺术品味的 设计产品。然而我们 LEDLED 行业内许多企业没有开发照明产品的经验， 有的只是简 单结构设计，没有照明创意造型设计，市面上单一的“裸体”路灯，存在着诸多 的问题：一. 其材料表面处理（含电源

2、），难以经受长时间恶劣环境的侵蚀。所谓的“裸体”路灯一般是散热器直接裸露在外面。有些厂家认为这样更有利于 散热，这样考虑的前提是灯具必须安装在一个比较干净、不受外界恶劣条件影响的环境中。而实际应用中灯具都是直接安装在户外，可能遭遇酸雨、沙尘暴、暴 雪、暴晒等各种恶劣环境。由于铝合金比重较小，散热性能优越，所以LEDLED 路灯的散热器一般都选用铝合金，但铝合金的化学性能非常活跃，极易和酸碱发生反 应，暴露在空气中也非常容易氧化，虽然经过阳极氧化处理后其耐腐蚀性能得到 大幅提高，但灯具安装时仍不可能保证氧化膜没有受到破坏。当氧化膜受到破坏 后，铝合金活跃的化学性能就能表现出来。 在一些污染比较大

3、的地方容易出现酸 雨，酸水会积聚在灯体上某些缝隙和凹槽里， 雨过天晴后缝隙或凹槽里的酸水可 能是酸先挥发，也可能是水先挥发，如果是酸先挥发则会形成酸气，腐蚀灯体， 如果是水先挥发，则酸水的浓度会变浓，也会腐蚀灯体。受腐蚀的灯体不仅影响 美观、散热，更影响机械性能。另外，“裸体”式的路灯由于散热器本身的结构特性，致使它非常容易积累沙尘 和雪。覆盖在散热器上的灰尘会在使铝合金的散热性能大打折扣，积雪也不好， 积雪表面上看起来更利于散热，但实际上在寒冷的天气里灯具的散热是足够的， 相反如果大量的积雪反而会对灯杆造成巨大的压力。二. 矩形状不符合防风阻要求。我们所说的矩形状是指灯具呈近四方体形状， 每

4、个面都呈大面积的平面。这样的 平面比较好受力，当风力从某个平面垂直吹过来时， 其平面不能将风力分化，从 而给灯杆及灯具固定结构造成压力。 这种压力在一般情况下表现不明显， 但当灯 具灯杆经过长时间的老化和腐蚀以后， 如若在沿海地区碰上台风，可能会造成灯 杆倾斜或者折弯或者灯具掉落的危险。三. 大功率集中在整块热沉材料上工作，易造成热岛效应。热岛效应在工具书中的解释是：城市气温较四周郊区为高，好像一个温暖的岛屿 分布于农村较凉的“海洋”之中，这种现象称为热岛效应。其实在较大的 LEDLED 路 灯散热器上也存在这种现象，尤其是单纯靠自然对流的时候。LEDLED 灯具的散热过程最主要的还是靠散热器

5、和空气的对流换热， 在排除外界风力影响下主要靠自然 对流。自然对流是靠和散热器接触的冷空气被散热器加热后自然上升，旁边的冷空气继续补充进来，通过这样不断循环把热量带走。如果散热器过大的话其中间 部分的热空气上升后傍边没有足够的冷空气可以补充（旁边也有光源在发热，空气也相对比较热），这样就会导致中间部分散热效率下降，温度升高，形成热岛 效应。热岛中心的 LEDLED 比周围的 LEDLED 老化更快，故障更高。四. 整体设计带来后期维护的困难。整体式设计是指灯具整个光源腔设计成一个不可维护的整体， 或者光源腔和电源 腔一起设计成一个不可维护的整体。 近几年的实践已经告诉我们 LEDLED 灯具不

6、可能 做到免维护。而这种整体式灯具恰恰是不能维护的，一般上路以后出现故障在高 架车上没法完成维护任务，要整个灯换下来带回厂家修理。这种方式迫使厂家从 一个制造商变成 兼备制造商和服务商 的角色，这是需要付出巨大的代价的。五棱角锋利的裸体散热块，不符合灯具安全标准要求。1我们所说的棱角锋利是指灯体某些金属零部件出现多个锐利的尖角。这种尖角的存在至少有 3 3 点弊处。其一，加工及搬运过程难以保护，容易卷曲。其二，表面 处理困难，不管是电镀还是喷塑，工件本身都要带电，在尖角处容易出现“聚电” 现象，或者导致该处烧坏，或者导致涂层（镀层）过后，这都是我们不愿意看到 的。其三，容易伤及操作工人，我见过

7、某厂家就有一款灯因棱角太锋利到时转配 工人经常刮破手，更危险的是如果工人在高架车上装灯的时候如果被刮伤可能会 由于本能反应将手松开，后果不堪设想。针对以上五个问题，我们来探讨一些解决方案。对第一、二个问题，我认为可以给灯具加一个流线型的上盖， 流线型的上盖不要 有大面积的平面，并且最好是中间高，周边低。当然盖子上要有设计合理的散热 孔和导流面。1.1.盖子可以减轻暴晒的紫外线对散热器表面保护层的破坏；2.2.流线型的形状不利于雨水在上面停留积聚， 能大部分的水直接导向地面，减少酸碱物 质对灯具的腐蚀；3.3.流线型面能大幅减少积聚在上面的沙尘和雪， 利于散热也减 少灯杆和灯具压力；4.4.流线

8、型面能将风力分化成多个方向的力，减少灯杆和灯 具压力。对第三、四个问题，我建议将灯具“化整为零”，放弃整体式设计，改为模 块化设计，关于模块化设计的优点，笔者曾在多篇文章提到。对第五个问题，我建议灯具设计工程师要站在操作工人的角度考虑，在设计中尽量关注细节性的问题，其实这个问题很容易解决。相信在近年来实际使用过程中暴露出来的故障， 很多企业在花了许多冤枉钱和反 复的折腾是否意识到这类问题呢？我们的设计工程师要感悟常规照明的精髓，他们积累了多少年的经验，特别是造型设计，因为受气体放电灯光源限制难以具备 条件制作精美造型，但其现有诸多造型设计还是达到了， “白天观景，夜晚观灯” 的效果。而我们现今

9、的 LEDLED 光源因其个头小，阵列方式灵活的特点可以做成“变 形金刚”般的产品设计。诸如；深圳鹏城是否构思设计大鹏展翅的雄鹰灯， 潍坊是风筝城何不可以设计风筝 灯，香山的红叶，海滨城市的海豚，益阳的竹乡，盱眙的龙虾，湖州的湖笔，太 空的飞碟等等，都可以做成想像型产品。每个地方都有自己独特的地域文化和风 情，根据地方特色所设计的灯具才能更受到人们的欢迎， 也能让来客更了解当地 的特色。做到以科技创造生活，以艺术传播文化。我几年前构思创意设计的“长空利剑”、“古筝情缘”、“丹凤红叶”、“航 母旗舰”。 “太空飞碟”、 “法拉蒂”、 “海豚”、 “南海雄鹰”。 近期构思创 意设计： “ UFOU

10、FO、“一叶情缘”、“拳击手”、“美女蛇”、“葫芦娃”、得 到了海内外客户及同行的青睐。近期若干作品：灯具设计是具有生命力的，是有思想的，作为照明灯具设计师，除 精通照明常识还要具备自己有一个普通安装维修工的思想。须具备艺术修养、懂建筑思维、美工理念、音乐欣赏、要懂得发现生活的美，感受生活的美，把自己 的情感融合进作品里去。LEDLED 灯具要走工业化设计，考虑到量产化，由于竞争日益加剧，中 国市场日趋国际化，对大多数中国灯具企业而言，不可能什么都搞、这样可能什 么都搞不好，搞不精，因为中小企业缺乏市场网络和品牌的支撑。 走专业化发展 之路，产品少而精，注重产品品质、品牌做出来后自然有批量，企

11、业的发展重心应该放在如何开发品质更好、寿命更长、价格更低的产品上，这才能创造消费者、企业与政府多赢的局面。一个民族要站起来可以靠武力，一个民族要富起来可以靠经济，但一 个民族要强起来，只能靠文化。LEDLED 要强盛起来，靠产业文化的推广。“艺术点 亮生活”期盼着 LEDLED 应用产品风姿多彩的美好世界早日到来。影响 LED 灯具光衰的因素时间：2011-03-04 浏览233233次 【字体：大 中小单颗 LED 白灯在老化板上检测出来的数据，与把 LED 白灯组装成一个灯具老化时检测出来的数据，肯定是有点出入的。这个差异的大小，取决于 LED 工作时的电性参数和灯具的设计情况，以及灯具使

12、用的环境。首先，选择什么样的 LED 白灯。这点很重要，LED 白灯的质量可以说是很重要的因素。举些 例子，同样的以晶元 14mil 白光段芯片为代表， 用普通环氧树脂做的 底胶与白光胶与封装胶水封装出来的 LED 白灯，单颗点亮在 30 度的 环境下，一千小时后，衰减数据为光衰 70%如果用 D 类低衰胶水封 装，在同样的老化环境下，千小时光衰为 45%如果 C 类低衰胶水圭寸 装，在同样的老化环境下，千小时光衰为 12%如果 B 类低衰胶水圭寸 装，在同样的老化环境下，千小时光衰为-3%;如果 A 类低衰胶水， 在同样的老化环境下，千小时光衰为-6%o为何不同的封装工艺会导致如何大的差异呢

13、？最主要的一个原因在于 LED 芯片怕热。偶尔短时间内受热超 过一百多度，那是不要紧的，怕就怕在长期处于高温之下，就是对 LED 芯片的一种莫大的损害。一般来说，普通环氧树脂的导热系数很小，因此，当 LED 芯 片点亮工作的时候，LED 芯片要发射出热量，而普通环氧树脂导热能 力有限，所以， 当你从 LED 白灯的外部测量出 LED 支架的温度有 45 度的时候， LED白灯内的芯片中心温度有可能超过了 80 度。LED 的温 度节点其实就是 80度，那么，当 LED 芯片在节温的温度中工作的时 候，是非常的受煎熬的，这就加快了 LED 白灯的老化。当 LED 芯片在工作的时候，中心温度产生了

14、 100 度的高温， 它可以马上通过支架引脚 98%巴热量导出来，从而减少热量对它的伤 害。所以，LED 白灯支架温度是 60 度的时候，它的芯片中心温度可 能就只是 61度而已。从上面的数据可以看出来，选择什么样封装工艺的LED 白灯，直接决定 LED 灯具的光衰情况其次，LED 灯珠工作环境温度根据单颗 LED 白灯老化时的数据来看，LED 白灯如果只有一 个点亮工作，同时，它所处的环境温度是 30 度的话，那么，单颗 LED 白灯工作时的支架温度不会超过 45 度。这个时候，这颗 LED 的寿命 会很理想。如果有 100 颗 LED 白灯同时点亮工作，它们之间的间隔只是11.4m m 的

15、情况下，那么，灯堆的周边的 LED 白灯的支架温度也可能 不会超过 45 度，但灯堆中间的那些 LED 白灯有可能达到 65 度的高温。 这个时候，对 LED 灯珠就是一个考验。那么，聚在中间的那些 LED 白 灯，理论上光衰就会快一点，而灯堆周边的 LED 白灯，光衰就会慢一 点。但如果 LED 灯珠相隔 25mm 以上，那么，它们互相发散的热 量就不会那么积聚了，这个时候，每个 LED 白灯支架的温度应该会少 于 50度以下，就比较利于 LED 的正常工作。如果 LED 工作的环境是在比较冷的地方，整年的平均温度可 能只是 15 度左右，或更小，那对于 LED 来说，寿命就更长了。或者，L

16、ED 工作的时候，旁边有个小风扇在吹着，帮它驱散热气，这样子对 LED 的寿命也是挺有帮助的。反正大家应该要知道，LED 是怕热的，温度越高，LED 寿命 越短，温度越低，LED 寿命越长。LED 理想的工作温度当然是在负 5 到零度之间。但这基本上是不可能的。所以，我们了解到 LED 灯珠理想的工作参数后，就尽可能的 在设计灯具的时候，加强导热，散热的功能。反正温度越低， LED 寿 命越长。再次，LED 灯珠的工作电性参数设计。根据实验结果，LED 白灯在驱动电流越低的情况下，发射的 热量越小，当然了，亮度也就越小了。据调查，LED 太阳能灯饰电路的设计，LED 的驱动电流一般只是 5-10mA 灯具所用的灯珠数目具大 的产品，如达到 500 个以上的，或更多的，驱动电流一般只是 10-15mA 而一般大众化的 LED 应用灯饰的驱动电流，只是 15-18mA 绝少有人 把电流设计到 20mA 以上的。而实验结果也表明，在 14mA 勺驱动电流下，并且，加了盖 子不透风，里面的空气温度达到 71 度的环境下，低衰产品，千小时 光衰为零，2000 小时光衰为 3%这就说明这种低衰 LED 白灯在这样 的环境下使用已达到了它的最大限度，再大就是对它的一种损害了。因为老化用的老化板没有散热功能，所以，LED 工作时产生 的热量基本上是没法传导到外面去的。 实验上证明了这一点。老化