[01098313]基于增光和散热结构的LED灯具封装关键技术及应用

LED灯具及照明是中国重点发展的战略性新兴产业，节能环保，但高端产品长期被BATA、PHILIPS、CREE、LUMILEDS、OSRAM等公司垄断。LED工作时，约20%的功率发光，80%的功率发热，散热是影响其可靠性、出光效率、稳定性的关键因素，提高出光效率是LED灯具封装的主要目标，出光均匀性是照明的基本要求。该项目针对LED照明灯具中散热、出光效率和照明均匀性的不足，在国家863、国家重大科技攻关、国家自然科学基金、发改委国家新技术产业化示范、工信部国家新技术产业化示范、省重大科技等项目支持下，依托专利技术，就LED照明产品封装技术的瓶颈问题，特别是基于微流场和微颗粒特性和芯片的瞬态光/热/电效应的LED照明产品封装的关键技术进行了长期深入的研究，提高了LED照明产品可靠性、出光和均匀性性能。性能指标：140WLED路灯总光通量8900lm(BATA公司7600-10200lm)，光效η=64.5lm/W，显色指数Ra≥70(BATA公司η≥70)，路面平均照度33.5lx，均匀性45%；LED日光灯η≥73.7lm/W(PHILIPS公司η为75lm/W)，Ra≥73(PHILIPS公司Ra为70-80)；桌面平均照度113.2lx，均匀性62.2%。项目成果达到国际先进水平，部分成果处于国际领先水平。该项目申请专利30多项，获批发明专利6项，实用新型14项。获得了实用的系列LED照明产品，达到了国际先进水平。该项目主要有以下创新：1、提出了稳态温度/应力场耦合仿真解析LED热阻特性和热应力特性，建立了LED芯片的瞬态光/热/电效应试验模型，设计了具有特定形状的封装电极和在高热导基板，利用与LED芯片共晶焊固晶的封装结构(ZL200520100504.7)。建立了金属基板和金属焊料导热(201010219479.X)、铜过孔双面电路板上安装LED、喷铜粉热沉与电路板超声波焊接结构(200910096859.6)，提高了灯具传导散热性能。2、提出了铝基板鳍片包覆绝缘高辐射材料的辐射散热；确定了微通道热管流场方程的稳定性特征，发展了流场热输运规律；确定了获得最佳散热效果的热管形状、截面尺度和长度；设计了三维对流、金属传导、防污染的LED灯具模块(201010516559.1)，提高了LED灯具的散热和安全性能。3、突破了荧光粉和灯管内侧颗粒喷涂过程中的颗粒运动求解方法，优化了粒径和数密度演变、壁面附着参数，确定了为提高喷涂效率和颗粒附壁均匀性的颗粒与胶体质量比、喷口直径、液相总流量、喷口与壁面距离，提高了LED光源的整体出光效率和均匀性。提出了挥发性硅胶溶剂和多层喷涂、蓝光芯片涂覆偏绿荧光粉加红光的新工艺(201010248192.X)，获得了高显色指数的LED光源。4、提出了以提高灯具效率和满足目标面照度均匀性分布为目标的数学模型，设计了枕形透镜组等光学结构，达到了照度分布要求；建立了部分微透镜、方形反射杯结构，提高了LED出光效率。采用硅胶模压工艺，通过自由曲面优化设计模压封胶的外形，提高出光效率，减小器件尺寸(33.5×3.5mm)。研究不同的导光板厚度对应的不同封装结构和配光曲线，以达到使导光板光能耦合利用率超过90%的性能指标。