摘要 ：介绍了作者所在单位开发的 DCJG-S （叠层结构）技术在大功率 LED 封装上的应用——半导体照明创新方案与制定相应标准的建议。
关键词 ：照明；标准；建议；
中图分类号 ： TN383 文献标识码 ： A
<p align=left>1 LED 半导体照明简述
<p align=left> LED 半导体在照明领域中的普遍应用，可能是继白炽灯发明以来最重要的技术革命。由于半导体材料可直接将电能转换为光能，所以 LED 半导体照明与传统照明光源最大的不同在于它的光能不是由热能转化而来的，是真正意义上的绿色光源，具有寿命长、能耗低、发光效率高、稳定性好、无频闪以及无红外线和紫外线辐射等优点，并且发出的光色纯净。 LED 半导体照明与传统意义上的白炽灯、 荧 光灯、高压 钠 灯等在原理上、结构上、组合上具有根本性的区别，因此，在 LED 半导体照明灯的设计、标准的问题上要充分考虑 LED 半导体照明灯的基础结构、封装形式、散热方式、可靠性等特点，通过制定或修订标准对产品设计和工程方案进行规范，从而引导这个新兴行业（产品）由无序、无标准状态变为有序、有标准地进入市场。
<p align=left>2 LED 发光特性
<p align=left> LED 半导体在正向偏压下发光是通过电子与空穴的复合运动，将复合的能量以光（有效复合）或热（无效复合）的形式释放，发出的光场呈扇形分布，发光强度略大于最大强度的一半之处所构成的角度称为半强度角 /2 ，是典型的点光源和高指向性光源（如图 1 所示）。如果将多个 LED 芯片封装在一个面板上，那么就构成了面光源，但仍具有高指向性（如图 2 所示），距离照明需求的散光源还有一定的差距。虽然可以在封装时加上散射剂以及光学透镜处理来促进散射问题，但在大功率 LED 发光芯片的散热及发光效率的处理上又存在着寻求理想解决方案的难题。
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图 1 用于照明光源的 LED
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图 2 由多个 LED 组成的面光源
<p align=left> 现在用于照明的大功率 LED 发光管有 1W 、 3W 、 5W 等规格，由于是高发光强度的点光源和高指向性光源，对人眼视网膜造成伤害的问题不容忽视。因此，在大功率照明光源设计、创新中就要有新的思路，并制定新的标准规范。
<p align=left>3 LED 线型光源设计
<p align=left> 为适应通用照明的需要， LED 半导体照明光源迫切需要解决散热问题，特别是 LED 多芯封装或多个 LED 灯管集成灯具的散热问题。据有关资料统计，大约 70% 的故障是由于 LED 的结温过高造成的。在负载为额定功率一半的情况下，温度每升高 20 ℃ ，故障就上升一倍，可见， LED 热阻严重地影响 LED 的发光性能。当 LED 热阻小时，光通量几乎与电流成正比例增加，随着热阻增大， P-N 结温度势必升高，当正向电流增加到某一定值，光通量将趋于饱和，饱和以后，如果热阻继续增大，光通量还会呈下降趋势。对于一个 LED 管，设法降低 P-N 结与散热系统的热阻，是抑制器件温升的根本途径。
<p align=left> 线型 LED 光源设计是基于维新光电专利——层叠结构（ DCJG-S ）的一种设计方案（图 3 ）。
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图 3
<p align=left> 这种方案是将 LED 小功率芯片排列成一条线， 芯片间距小于 2mm 。其基本思路是将线路板垂直安装的一种设计， LED 芯片支架并列在线路板的两面，芯片两极的连线分别焊在两个支架上，两端的 LED 芯片支架通过导热的绝缘垫片与外挂散热体连接。
<p align=left> 由于采用以上设计思路，芯片与外挂散热体的热阻变小，同时支架本身也是良好的热导体，所以采用小功率芯片线型集成封装，其热效应低，光效高。通过这种聚小成大的设计，不仅实现了大功率 LED 灯的光强度，而且有效地避免了形成点光源，自然也就避免了对人眼视网膜的伤害。
<p align=left> 图 4 给出的是一个环形 LED 芯片封装，它所实现的就是 LED 照明散光源效果，它所形成的光源场大于 180
°。这就为 LED 用于普通照明开辟了一个全新的思路，在这个基础上我们进一步完善方案，可以取得更佳的效果。
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图 4
<p align=left>4 制定 LED 半导体照明光源标准的建议
<p align=left> （ 1 ）现有 LED 半导体照明的设计仍沿用传统照明设计思路是不可取的。传统照明是由灯丝或其它电致发光材料发光，较少考虑散热问题，与 LED 照明通过电子注入与空穴复合发光完全是两种发光原理。因此，半导体 LED 照明标准不应沿用灯泡、灯管、灯座、灯罩的概念，而应该是由发光体、散热体、电源组、光学组件构成发光引擎。低照度二极管可采用现行二极管的标准，而大功率（大于 1W ）、高流明（根据 LED 的发展，单颗 LED 芯片可达到 200lm/W ）的 LED 发光管则应有相应标准规定，为避免或尽量减小大功率点光源对人眼视网膜造成的伤害，还建议制定对大功率点光源发光强度的限制标准，对未经过良好光学设计，不具备绿色照明效果的 LED 照明亮出市场准入的红灯，同时对 LED 点光源、面光源、线型光源进行标准定义和合规定光学设计标准。
<p align=left> （ 2 ） LED 发光体电学指标、光学指标、热学指标中应重点强调发光强度的空间分布：可否把视角小于 60
°在标准上纳入射灯范围；把 60
°～ 120
°纳入一般照明范围；把＞ 120
°纳入通用照明范围。
<p align=left> 另外，对 LED 结温测定中应规定结温许可值＜ 80 ℃ ，用以保证产品的设计寿命和光效，同时应增加热量管理指标，防止 LED 由于过热而造成失效。热量管理中，对散热指标给出推荐性的结构尺寸，如点光源基板尺寸、散热体散热面积等，如有可能，还可建立 LED 常规基板标准、支架标准（推荐采用专利），使行业规模化生产有标准可循。
<p align=left>5 结束语
<p align=left> 半导体 LED 照明是照明领域的新生事物，制定相关的标准将给照明史树立新的里程碑，促进 LED 照明行业规范快速地发展。
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