《装备制造技术)2010年第3期
一种新型LED日光灯的设计
刘彦
(中山火炬职业技术学院，广东中山528436)
擅耍：采用节能长寿命的大功率发光二极管(雎．D)作为光源，设计了一种新型的LED日光灯。该日光灯选用金属基板．结合大功率
LED芯片。通过涂覆高效荧光粉实现发白光的LED，目光灯包括12颗大功率白光LED阵列，通过配合设计的反光杯达到所需的光线
分布。试验结果表明：封蓑出的大功率LED先效为54lm，w．显色指数达到80以上。恒流350mA条件下点壳LED日先灯5000h进
行老化测试，先通量维持率在87％以上，先效保持在43lm／W，达到了照明应用的要求。
关键词：发先二极管；目光灯；照明
中闰分类号：TM鸵3．34文献标识码：A
发光二极管tEED)是一种可以直接将电能转化为光能的
半导体器件，具有长寿命、无辐射、低能耗、超环保等诸多优
点，被认为是最有可能进入普通照明领域的一种“绿色照明光
源”嗍。关于LED灯具已有大量的研究∞，主要集中在车灯、
矿灯等特殊领域，对于普通照明用LED灯的研究较少。目前
应用最广泛的普通照明产品，要属荧光灯管，但这种灯管存在
功耗大、汞污染等诸多缺点，本文采用大功率LED作为光源，
通过LED阵列来达到所需的照明要求，低电压驱动，使用更
安全。
1LED日光灯的设计
为了节省更换LED日光灯的成本，LED日光灯的外形与
传统日光灯基本一样，其尺寸按照国标执行，这样在更换LED
日光灯时就不需要更换灯架，不会增加额外的成本。表1为
LED日光灯与传统荧光灯性能的比较，可以看出，LED日光灯
具有明显的优势，虽然初期成本高，但从长期使用来计算，节
省的电能足以抵消成本。LED日光灯与传统日光灯的外形、尺
寸相似，12W的LED日光灯的亮度与传统40w的日光灯的亮
度无异，但LED灯发出的光线更加柔和，而且光色可调，更为
重要的是，能够节能80％。
衰1LED日光灯与传统荧光灯的比较
LED日光灯包括以下部分：LED，恒流板，U形铝管，玻璃
管，反光杯，绝缘垫片，铝基板等，设计中主要需考虑光学性
能、电性能、热性能和寿命可靠性等方面的参数。
文章编号：1672-545X(2010)03--005,3-03
1．1大功率LED的封装
LED光源是新型电光源，功耗小，发光效率高。理论寿命
大子lO万h，正常工作时温度很低，属于冷光源。通过LED封
装工艺。建立新型封装结构，优化设计散热材料以及散热结
构，通过合理的二次光学设计，封装出大功率高亮度的LED，
以应用于日光灯中。一支LEDB光灯包括12颗这样的大功
率LED。
采用功率型LED芯片，配合YAG荧光粉，芯片通过金线
与电极焊接起来，并用硅胶封装，光的透过率约为99％，几乎
不会吸收紫外线，这样可以抑止树脂老化。采用高热导率的铝
基板作为散热板。图1为大功率LED剖面结构图。经测试，其
光效为54lm／W，显色指数为82。
图1大功翠LED结构剖面圈
1．2反光杯的设计
通过安装反光杯，使发出的光线准直聚焦。二次光学设计
所采用的模型通过微加工而成，其形状可以控制LED器件的
发散角度，把光源出射的光导向所要的工作空间。图2为所设
计反光杯的三维模型。反光杯的内表面在高真空度条件下蒸
镀Al膜，用于提高光的反射率，LED安装在杯底中央，并固定
于电路板上。
圉2反光杯三维模型
收稿日期：2009-12--07
作者简介：刘彦(198l一)，女，河南南阳人，助教，硬士学位。研究方向为薄膜技术、平板显示及LED显示技术。
53
万方数据
EquipmentManufactringTechnologyNo．3，2010
加反光杯以后，LED的配光曲线如图3所示，LED的方向
性比较强，呈蝙蝠翼型，平均光强扩散角为9r7．1。。具有良好
的配光均匀度。
36000
30(t00
24000
；ts000
12000
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O鼬∥一一飞．护
德滁
图3LED的配光曲线
1．3驱动电路的设计
在LED输人端设置恒流(350mA)驱动电路，使LED的工
作状态不受电压变化影响，从而使LED工作予特定状态。电
路采用单片微机处理技术，使用全数字化处理的专用软件以
及表面贴焊元器件工艺，保证整机的微小型化、精度高、稳定
可靠。功率因数是衡量电气设备效率高低的—个系数。功率因
数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了
设备的利用率，增加了线路供电损失。经测试，由这种驱动点
亮LED日光灯，其功率因数可以达到O．85以上。
2光学性能测试
根据试验的结果，试制了LED日光灯样品，并进行了发
光性能的测试，如图4所示。测试设备采用杭州远方光电的
PMS-50LED精密光色电综合分析系统和LED620光强分布
自动测试仪。
图4LEDEl光灯样品
LED日光灯配光曲线如图5所示。可以看出，由于增加了
玻璃管，光束角变小，平均光强扩散角为70．80。由于采用布
纹玻璃，玻璃管内壁的细纹使光束角变小，同时也使光分布变
得均匀。
4000
3500
3∞0
2500
2000
I500
1000
500
0拥◆知
为了测试LED日光灯的可靠性，对同一批次的两支灯管
进行了老化测试。同时对光通量以及光效进行在线实时监控。
经过4280h的点亮测试，发现l号灯光通量维持率仍在87％
以上；2号灯在95％以上，说明灯具的光通量衰减较小，如图
6(a)所示。这就能保证日光灯的光输出在整个寿命过程中可以
有效地保持。从图6(b)的光效维持率可以看出，经过5000h
的点亮测试，光效由最初的38lm／W升高到了43hz删，比老
化前升高了12个百分点，这和光源本身老化过程中有个先上
升后下降的规律完全符合。
堰
姑
婪
老化时同彻
(I)光通量维持率
3结束语
老化时问∞
∞光效维持率
图6LED日光灯老化测试
本文设计了一种新型的LED日光灯，由12颗大功率
LED组成。封装出的大功率LED光效为54hn，Ⅳ，显色指数达
到80以上，恒流350mA条件下点亮LED日光灯5000h进行
老化测试，光通量维持率在87％以上，光效保持在43Im／W，达
到了应用的要求。但是，目前LED日光灯的大规模应用。还需
要一定的时间，初期投入成本太高限制了其应用，因此还需要
在降低LED日光灯的生产成本问题上进行探索研究。
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DesignofaNovelLEDDaylightLamp
UUYah
(ZhongshanTorchPolytechnic，ZhongshanGuangdong528436，China)
Abstract：AnovelLEDdaylightlampisdesignedbyhighpowerLEDwithlonglife．WhiteLEDisachievedusingmetal。suBstrate，high
powerLEDchipandeffectivephosphor,tweNewhitehighpowerLEDsa地arrayedinonedaylightlamp，suitableraydistributingisobtained
byoptimizedreflector．ResultsshowthatluminousefficiencyofthehighpowerLEDis541m／W，renderingindexisover80，LEDdaylight
lampsareagedat350mAfor5000hours，luminousfluxkeepsto87％，luminousefficiencykeepsto43hll，W，whichmeetstherequirements
oflightingapplications．
Keywords：LED；daylightlamp；lighfng
-受．支支．受．受．支叠囊．受．曼一奠．受女一受．奠．支受受-奠．囊一支．受奠奠．受．奠一奠．奠．受Jt一支爽奠-受．受囊．支奠支·奠一支-奠受受．支-受一
(上接第43页)
裹1对鼠标进行精简的质量指标对比
原始点精简后的点数参数值设置简化率(％)时问(8)
Curvature．数(个)46鸲Percentage=31．03I．11．78
Grid4536Spacing=I．33mrn30．51．32
Uhiform5007Spacing=-0，82mm33．91．48
14863
Random4608hMntag#3lr031．11．29
曲面曲率6129曲率跟值=0．6341．56．48
4结束语
本文介绍了曲率精简算法。为了进一步分析，给出了和当
前最流行、最精确的GeoMagie8．0数据处理软件进行了对比。
从效果图来看，精度差距较小，甚至在对于有些数据点的处理
上更胜一筹。不过本文所提到的算法，由于要计算点的法向
量、调整其方向、曲率，消耗了计算机的内存，也影响了数据处
理的速度。在速度上与软件C,eoMagic8．0所提供的相关数据处
理方法，还是有差距的，从表1就可以看出。下一步就需要在
保持其精度的基础上，从提高速度上做进一步研究。
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JIANGTsDlCHENGJim-tinge，FULi3
(1．DalianShiyouElectricPowerTechnologyCo．，瑚．，DalianLiaoning116100，China；2．InstituteofMechanicalEngineering,
HeilongjiangUniversityofScience&Technology，Harbin150027。China；3．HangzhouProdhetQualityStandards，
MinistryofWaterResourcesResearchInstitute，Hangzhou310012，China)
Abstract：Scanningtheentitymustmixnoisepointintotherealdatapointinevitablybeesu辩ofsomefactors。whichshouldCallt把thedifll—
cult,／ofsurfacereconstructionand8m白cefitting．Sosudb优curvaturealgorithmisgiven。Thesud备cecurvatureofthe】且增erplaces，leaving
asufficientnumberofpoints，thesurfacecurvatureofsmallerplaces，leavingasmallamountofpoints，SOthepoint-setsurfacecould
convergeto且stable3Ddigitalmodel．Experimentsshowthedatareductionandfeaturekeepingby8tlrf波curvaturealgorithmiseffective．
Keywords：reverseengineering；measureddata；datareduction
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万方数据
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