第6章 LED照明技术
本章简要介绍LED照明的发展与现状、LED照明领域的分类，重点介绍LED照明设计中的两个重要方面——光学设计和散热系统设计的基本知识和基本概念。
6．1 LED照明技术的发展历程与现状
相对于LED显示技术，LED照明技术的应用起步较晚。但是，由于能源与环境问题已成为世界各国的基本主题，而以LED照明技术为主导的绿色照明则是节能与环保理念的一个实践领域，这使得LED照明成为当前LED技术中份额最大、发展势头最猛、前景最好的一个领域。
6．1．1 LED照明的发展历程
应用半导体PN结发光源制成的LED，问世于20世纪60年代。1962年，通用电气公司的尼克·何伦亚克（Nick Holonyak Jr．）开发出世界上第一种实用的可见光发光二极管（LED），从此开拓了半导体发光技术应用的新时代。但在随后的很长一段时期，半导体发光材料的研究未取得突破性进展，LED只能辐射某些单色调的光谱，如红光，不能覆盖人类可见光的全部光谱，性能很不完善。因此，LED只能作为一种小型指示灯或非全彩的字符显示器件得以应用。
1993年10月，日本科学家中村修二经过长时间的刻苦钻研，终于发明了高亮度蓝光LED。这是基于氮化镓（GaN）或氮化镓铟（InGaN）的具有商业应用价值的蓝光LED。为此，中村修二于2006年荣获了千禧技术奖，相当于技术界的诺贝尔奖。
高亮度蓝光LED的成功制备，使LED光源实现了可见光谱全波段的辐射，LED照明技术出现了转机，因此，高亮度蓝光LED也被誉为20世纪一项重大的发明。有了蓝光LED后，按照三基色LED光色的加法原理，全彩色的LED显示屏得以实现。更重要的是，超高亮度蓝光芯片成为白光LED照明技术的核心，当抹上荧光粉胶时，蓝光就会转化为白光。从此，LED成为取代白炽灯和荧光灯的新一代节能照明光源，成为与传统光源竞争的强力对手。
自20世纪90年代发明蓝光LED后，模拟太阳光的白光LED应运而生。1998年，Lumileds公司封装出世界上第一个日光色大功率LED（1WLUXOEN器件）。从此，LED的辐射功率从几十毫瓦跃为超过1000毫瓦，使LED开始真正成为可以替代传统照明的新型固体光源。
6．1．2 LED照明的发展现状
LED照明发展到今天，已经有一定的技术储备，与传统照明光源相比，具有许多无可比拟的优势。因此，LED照明取代传统照明光源是毫无疑问的发展趋势。但同时，LED照明由于在技术上还没有完全成熟，与传统照明光源相比还存在一些不足。
LED照明与传统照明光源相比有许多优点。
（1）高效节能。1000h仅耗几度电（普通60W白炽灯17h耗1度电，普通10W节能灯100h耗1度电），这是在各种灯具光通量大小接近的场合下的比较结果。
（2）超长寿命。半导体芯片发光，无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，使用寿命可达50000h（普通白炽灯使用寿命仅1000h，普通节能灯使用寿命为8000h）。
（3）光线健康。LED照明光线中不含紫外线和红外线，不产生辐射（普通灯光线中含有紫外线和红外线）。
（4）绿色环保。不含汞和氙等有害元素，利于回收，而且不会产生电磁干扰（普通灯管中含有汞和铅等元素，节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰）。
（5）保护视力。直流驱动，无频闪（普通灯都是交流驱动，必然产生频闪）。
（6）发光效率高。发热小，90%的电能转化为光能（普通白炽灯80%的电能转化为热能，仅有20%电能转化为光能）。
（7）安全系数高。所需电压、电流较小，发热较小，不会产生安全隐患（特别是用于矿场等危险场所时）。
（8）市场潜力大。低压、直流供电，电池、太阳能供电，用于边远山区及野外照明等缺电、少电场所。
当然，目前LED照明技术还不完全成熟，也存在着有待解决的问题。
（1）LED照明光源从其发光品质上看，与传统光源相比，存在几个不足，如下。
①显色指数相对较低：物体在一般品质的白光LED光源照射下显示的颜色没有白炽灯真实，这是由白光LED发光机理决定的，其光谱波段的完整性不够好。
②眩光现象：一般品质的LED灯珠由于体积较小，光线较强，会强烈刺激眼睛，不可直视，而普通节能灯相对要柔和些。
③照射角度的限制。LED光源由于其结构特性，一般只能照射120°，而普通节能灯几乎可照射360°。因此，LED光源照射房间的总亮度并不比节能灯出色，而且，LED光源发光的方向性比较明显，只在直视的狭小角度内有高亮度，而偏离该角度后光线迅速减弱。
④“重影”现象。LED灯具通常包含多个离散的发光点，由于有②、③两个缺点，当光路中有障碍物影响时，会在被照面产生明显的重影现象，如果要消除，则要降低光效并增加成本。
（2）散热性不够完善。尽管LED属于冷光源，发光并不是因为发热而导致的，但其芯片中载流子复合时量子效率的限制使其不可避免地会产生多余的热量而使其结温升高，进而降低其光学品质并降低使用寿命，使LED光源的性能难以达到预期效果。
（3）灯具与驱动电源之间的绑定问题。目前，节能灯和其驱动电源之间已经实现了通用置换，即灯具坏了换灯具，电源坏了换电源，而LED灯具目前并未实现这一点，限制了其应用的灵活性。
（4）价格问题。目前LED照明灯具在价格上还远远高于节能灯。
2．LED照明的现状和发展前景
相比传统照明，LED照明虽存在一些缺点，但国家政策的支持和国际形势的使然均表明LED照明的发展前景无限光明。
1）国家政策的支持
“半导体照明科技发展‘十二五’专项规划”提出，到2015年，LED照明产业规模效益达到5000亿元，LED照明产品占通用照明的30%；重点培育20～30家龙头企业，建成20个国家级产业基地和50个“十城万盏”试点示范城市。
2011年，LED照明作为国家节能减排的重点项目，国务院安排22亿元推广节能灯和LED灯。广东省更是将推广LED照明纳入地方政府节能减排的政绩考核指标，新建公用照明一律使用LED产品，实现全省同比口径下照明用电节能50%以上。
公用LED照明市场在政策驱动下已处于迅速发展中，商用LED照明市场也已启动，民用LED照明市场也即将得到迅速发展。
2）国际形势的使然
作为21世纪最具发展潜力的节能环保新兴产业，半导体照明产业发展迅速，美国、欧洲和亚洲等国家和地区纷纷积极实施半导体照明发展计划，加紧LED照明产业布局。
（1）日本：提前白炽灯泡的退役时间。
根据日本政府2008年出台的相关政策，规定2012年前白炽灯泡必须退出市场。但由于2011年夏季的电力供应出现15%的缺口，日本政府决定提前白炽灯泡的“退役”时间。
（2）欧洲：稳步发展。
欧洲各国的LED产业相对成熟，因此并没有类似中国的大规模补贴政策。2009年，欧盟通过法规，规定至2012年逐步从市场上淘汰白炽灯。LEDinside的《2011—2015年欧洲LED照明市场报告书》预测，至2015年欧洲LED照明产业规模效益将达到100亿美元，2011—2015年间的年复合成长率预计约为38%。
（3）美国：SSL计划占领导地位。
2012年4月底，美国能源部发布了新的“固态照明计划”（简称SSL计划）。该计划以技术研发、产品制造、商业化支持、专利标准体系等为重点，提出了促进美国LED产业发展的目标、路线及相应的对策措施。
在“SSL计划”的推动下，美国能源部预测，至2030年美国LED固态照明市场占有率将达到73．7%。届时每年将节省297万亿千瓦时（折合现价为300亿美元）的照明用电，约45．8%的照明电力及2．1亿吨的碳排放。
6．2 LED照明的分类与特性
LED照明涵盖的领域非常广泛，其产品分类可参见3．1．1节。从技术类型及应用类型的角度考虑，可将LED照明分为户外照明、室内照明、车灯及背光源等四大领域。
6．2．1 LED户外照明
LED户外照明又可分为两大类：一类是亮化照明，如路灯、投光灯、隧道灯等；另一类是景观照明，如洗墙灯、地埋灯、彩虹管、柔性光条等。此外，也包括特殊用途的灯具，如植物生长灯等。
1．LED路灯
路灯是城市照明的重要组成部分，传统的路灯常采用高压钠灯，但是，高压钠灯路灯发光效率低的缺点会造成能源的巨大浪费。因此，开发高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的路灯对城市照明节能具有十分重要的意义。
LED路灯与高压钠灯路灯不同的是，大功率LED路灯的光源采用低压直流供电，由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成高效白光LED，具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等优点，可广泛应用于城市道路照明中。其外罩可用PC管制作，可耐135℃高温，耐－45℃低温。LED路灯外观如图6．1所示。
图6．1 LED路灯
LED路灯的主要优点如下。
（1）LED路灯本身的特性——光的单向性，没有光的漫射，保证光照效率，光色均匀。
（2）可采用独特的二次光学设计，将LED路灯的光照射到所需照明的区域，进一步提高了光照效率，以达到节能目的，代替高压钠灯路灯可节电60%以上。
（3）LED的光源效率目前已达90～110lm／W，而且还有很大的发展空间，理论值可达250lm／W，而高压钠灯路灯的发光效率只有随功率增加才有所增加。
（4）LED路灯的光显色性比高压钠灯路灯的高，高压钠灯路灯显色指数为23，而LED路灯显色指数可达75甚至以上。
（5）LED路灯的光衰小，寿命长。其一年的光衰不到3%，使用寿命50000h以上，而高压钠灯路灯光衰大，使用1年后光衰会下降30%甚至以上。因此，LED路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯路灯的低。
（6）LED是低压器件，驱动单个LED的电压为安全电压，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所，如路灯照明、厂矿照明、汽车照明、民用照明等。
（7）安装简便，维护成本低。
LED路灯的主要缺点如下。
（1）单颗灯珠LED功率低。为了获得大功率，需要多颗灯珠并联使用。
（2）显色指数不够理想。在LED照射下显示的颜色没有白炽灯真实。
（3）光斑问题。由于白光LED本身存在制造工艺上的缺陷以及与反射杯或透镜的配合误差，容易造成“黄圈”问题。
（4）LED路灯都是大功率的LED，存在散热难题，且发热后亮度会明显降低，所以单个LED功率不能太大。
（5）电源的寿命得不到保证。
（6）价格相对较高。现在市场销售的LED路灯的功率最大为250W，且价格相对昂贵。
2．LED投光灯
LED投光灯是指定被照面上的照度高于周围环境的灯具，又称聚光灯。通常，它能够瞄准任何方向，并不受气候的影响，主要用于大面积作业场矿、建筑物轮廓、体育场、立交桥、纪念碑、公园和花坛等。因此，所有室外使用的大面积照明灯具几乎都可看成是投光灯。LED投光灯还可用于酒吧、舞厅等娱乐场所。LED投光灯的结构如图6．2所示。
图6．2 LED投光灯
目前市面上常用的LED投光灯基本上是选用1W大功率LED（每个LED元件会带一个由PMMA制成的高发光效率透镜，其主要功用是二次分配LED发出的光，即二次光学），也有少数公司因为散热技术处理得好，而选用3W甚至更高功率的LED。
LED投光灯的特点如下。
（1）高纯度铝反射板、光束精确、反射效果好。
（2）对称型窄角、宽角及非对称等配光系统。
（3）背后开启式更换灯泡，维护简便。
（4）灯具均附有刻度板以方便调整照射角度。LED投光灯通过内置微芯片的控制，在小型工程应用场合中，无控制器就能实现渐变、跳变、色彩闪烁、随机闪烁、渐变交替等动态效果，也可以通过DMX的控制，实现追逐、扫描等效果。
3．LED洗墙灯
洗墙灯，顾名思义，就是让灯光像水一样洗过墙面，主要用于建筑装饰照明，以及用于勾勒大型建筑的轮廓。由于LED具有节能、发光效率高、色彩丰富、寿命长等特点，所以目前其他光源的洗墙灯逐渐被LED洗墙灯代替。LED洗墙灯的结构如图6．3所示。
图6．3 LED洗墙灯
1）基本参数
现在应用较多的LED洗墙灯基本上是选用1W大功率LED管，呈单线排列，大多数LED洗墙灯的LED管都共用一个散热器，其发光角度有窄（20°左右）、中（50°左右）、宽（120°左右）三种。目前，大功率LED洗墙灯（窄角度）的最远有效投射距离为15～20m，其常用功率有8W、12W、24W、27W、36W等几种。
2）详细参数
投光距离：根据所用透镜的不同，投光距离为6～40m，角度越小，投射距离越远。
发光角度：10°～15°、25°或60°泛光。
镜面：玻璃反光透镜，透光率为90%～98%，不易雾化，能抗UV辐射。
灯体：采用纯铝材质，有多种可选形状，如方形、长条形；可选长度有1000mm、1200mm、1500mm等几种，宽度和高度固定不变（其中1m为常规产品）。
灯具：可调发光角度为180°。
防护等级：IP65。
电源规格：AC（220±33）V。
3）控制方式
大功率LED洗墙灯有外控和内控两种控制方式。内控无需外接控制器就可以内置多种变化模式（最多可达6种）；外控则要配置外接控制器才可实现颜色变化，目前市面上的应用以外控居多。
4）主要应用场合及可实现的效果
LED洗墙灯的色彩控制与LED投光灯类似，目前，主要应用场所有：单体建筑、历史建筑群外墙照明；大楼内光外透照明、室内局部照明；绿化景观照明、广告牌照明；医疗、文化等专门设施照明；酒吧、舞厅等娱乐场所气氛照明等。
6．2．2 LED室内照明
LED室内照明灯具包括LED日光灯、LED球泡灯、LED射灯、LED天花灯、LED筒灯等，可用于商业和家具照明。
1．LED日光灯
LED日光灯是采用超高亮LED白光作为发光光源，外壳为亚克力或铝合金等材质。外罩可用PC管制作，可耐135℃高温。LED日光灯与传统日光灯的外形尺寸一样，长度有60cm、120cm和150 cm三种，其功率分别为10W、16W和20W。10W LED日光灯亮度比传统40W日光灯的要亮。使用寿命为50000～80000h，供电电压为AC 85～260V（交流），无需启辉器和镇流器，启动快，功率小，无频闪，不容易视疲劳。它不但节能而且环保，是国家绿色节能照明工程重点开发的产品之一，是目前取代传统日光灯的主要产品。其主要应用于写字楼、工厂、商场、学校、居家等室内照明。LED日光灯的外观如图6．4所示。
图6．4 LED日光灯
1）LED日光灯的外观与组成材料
LED日光灯的外观与组成材料主要包括以下几点。
（1）LED日光灯由多个超亮度小功率LED、透光性高的PC外罩、散热铝件及电源组成。
（2）LED日光灯采用的光源有直插式和贴片式灯珠两种类型。其中常用的贴片式灯珠型号有3528、5050、1W大功率等。
（3）LED日光灯外壳有两种：一种是透明的PC外壳，透光性能高，可看到里面的灯珠；另一种是半透明的磨砂外壳，光线较柔和。
（4）LED日光灯内置电源，工作电压为宽电压，85～265V均可使用。
（5）LED日光灯可做成红、黄、蓝、绿、白、暖白颜色。
2）LED日光灯的特点
LED日光灯安装比较简单，它分为电源内置和电源外置两种。安装电源内置的LED日光灯时，可将原有的日光灯取下换上LED日光灯，并将镇流器和启辉器去掉，让220V交流市电直接加到LED日光灯两端即可。电源外置的LED日光灯一般配有专用灯架，只要更换原来的就可以使用。
LED日光灯节电可达80%，使用寿命为普通日光灯的10倍，几乎是免维护。绿色环保型的半导体电光源，光线柔和，光谱纯，有利于工人的视力保护及身体健康。同时，LED日光灯6000K的冷光源给人视觉上清凉的感受，有助于集中精神，提高效率。
3）LED日光灯的基本规格
LED日光灯沿用普通荧光日光灯的T5和T8两种规格。“T”代表“Tube”，表示管状的，后面的数字表示灯管直径。例如，T5表示灯管直径为16mm、周长为5cm；T8表示灯管直径为24mm、周长为8cm。
2．LED室内照明灯具与传统室内照明灯具的关系
由LED室内照明灯具与传统室内照明灯具在功率上的对应关系，可知LED灯具的节能特性。
1）日光灯
LED日光灯与传统日光灯功率替代关系如表6．1所示。
表6．1 LED日光灯与传统日光灯功率替代关系
2）球泡灯
LED球泡灯与白炽灯及节能荧光灯功率替代关系如表6．2所示。
表6．2 LED球泡灯与白炽灯及节能荧光灯功率替代关系
LED球泡灯与白炽灯及节能荧光灯的外观如图6．5所示。
图6．5 LED球泡灯与白炽灯及节能荧光灯
3）射灯
LED射灯与传统射灯（卤素灯）功率替代关系如表6．3所示。
表6．3 LED射灯与传统射灯（卤素灯）功率替代关系
LED射灯与传统射灯的外观如图6．6所示。
4）天花灯
天花灯的外观如图6．7所示。
LED天花灯和隔栅天花灯功率替代关系如表6．4所示。
图6．6 射灯
图6．7 天花灯
表6．4 LED天花灯和隔栅天花灯功率替代关系
5）筒灯
筒灯的外观如图6．8所示。
图6．8 筒灯
LED筒灯和传统筒灯功率替代关系如表6．5所示。
表6．5 LED筒灯和传统筒灯功率替代关系
6．2．3 LED车灯
LED车灯是指采用LED为光源的车灯。与传统的白炽灯、卤素灯、氙灯制成的车灯相比，LED具有亮度高、颜色种类丰富、低功耗、寿命长的特点，LED可广泛应用于汽车领域。目前，欧美发达国家的LED车灯使用率达30%，但在我国的使用率不足1%。LED车灯分为外部车灯和内部车灯。
1．外部车灯
常见的外部车灯有前照灯、雾灯、牌照灯、倒车灯、制动灯、转向灯、示位灯、示廓灯、驻车灯、警示灯和日行灯。外部车灯的光色一般采用白色、橙黄色和红色；执行特殊任务的车辆，如消防车、警车、救护车、抢修车，则采用具有优先通过权的红色、黄色或蓝色闪光警示灯。
（1）前照灯俗称“大灯”，安装在汽车头部两侧，用于照明车前道路，有两灯制、四灯制之分。四灯制前照灯并排安装时，装于外侧的一对为近、远光双光束灯；装于内侧的一对为远光单光束灯。远光灯一般为40～60W，近光灯一般为35～55W。
（2）雾灯安装在汽车头部或尾部。在雾天、下雪、暴雨或尘埃弥漫等情况下，用来改善车前道路的照明情况。前雾灯功率为45～55W，光色为橙黄色。后雾灯功率为21W或6W，光色为红色，以警示尾随车辆保持安全间距。
（3）牌照灯安装于汽车尾部牌照上方或左、右两侧，用来照明后牌照，功率一般为5～10 W，确保行人在车后20m处看清牌照上的文字及数字。
（4）倒车灯安装在汽车尾部，当变速器挂倒挡时，自动发亮照明车后侧，警示后方车辆及行人注意安全。功率一般为20～25W，光色为白色。
（5）制动灯俗称“刹车灯”，安装在汽车尾部。当踩下制动踏板时，发出较强红光，以示制动。功率为20～25W，光色为红色，灯罩显示面积较后示位灯大。为避免尾随大型车对轿车碰撞的危险，轿车后窗内可加装由发光二极管成排显示的高位制动灯。
（6）主转向灯一般安装在汽车头、尾部的左、右两侧，用来指示车辆行驶趋向。汽车车侧中间装有侧转向灯。主转向灯功率一般为20～25W，侧转向灯的为5W，光色为流浪色。转向时，灯光呈闪烁状，频率规定为1．5Hz，启动时间不大于1．5s。在紧急情况下需其他车辆避让时，全部转向灯可通过危险报警灯开关接通而同时闪烁。
（7）示位灯又称示宽灯、位置灯，安装在汽车前面、后面和侧面，夜间行驶接通前照灯时，示位灯、仪表照明灯和牌照灯同时发亮，以标志车辆的形位等，功率一般为5～20W。前位灯俗称小灯，光色为白色或黄色；后位灯俗称尾灯，光色为红色；侧位灯光色为琥珀色。
（8）示廓灯俗称角标灯，空载车高3m以上的车辆均应安装示廓灯，标示车辆轮廓。示廓灯功率一般为5W。
（9）驻车灯安装于车头和车尾两侧，要求从距车前或车尾150m远处就能确认灯光信号，要求车前处光色为白色，车尾处为红色。夜间行车时，将驻车灯接通标志车辆形位。
（10）警示灯一般装于车顶部，用来标示车辆特殊类型，功率一般为40～45W。消防车、警车为红色，救护车为蓝色，旋转速度为2～6次／秒；公交车和出租车为白色、黄色。出租车空车标示灯装在仪表台上，功率为5～15W，光色为红底白字。
（11）日行灯安装在车身前部，为白天行驶灯，是使车辆在白天行驶时更容易被人认出来的灯具。它的功效不是为了使驾驶员能看清路面，而是为了让别人知道有一辆车开过来了。因此，这种灯具不是照明灯，而是一种信号灯。
2．内部车灯
常见的内部车灯有顶灯、阅读灯、行李厢灯、门灯、踏步灯、仪表照明灯、工作灯、报警及指示灯等。
（1）顶灯。轿车及载货车一般仅设一只顶灯，除用于室内照明外，还可起监视车门是否可靠关闭的作用。功率一般为5～15W。
（2）阅读灯安装于乘员席前部或顶部，聚光时乘员看书不会给驾驶员产生眩目现象，照明范围较小，有的还可调节光轴方向。
（3）行李厢灯安装于轿车或客车行李厢内，当开启行李厢盖时，灯自动发亮，照亮行李厢内的空间。其功率为5W。
（4）门灯安装于轿车外张式车门内侧底部，开启车门时，门灯发亮，以告示后来行人、车辆注意避让。其功率为5W，光色为红色。
（5）踏步灯安装于大中型客车乘员门内的台阶上。夜间开启乘员门时，照亮踏板。
（6）仪表照明灯安装在仪表板反面，用来照明仪表指针及刻度板，功率为2W。
（7）报警及指示灯常见的有机油压力报警灯、水温过高报警灯、充电指示灯、转向指示灯、远光指示灯等，报警灯一般为红色、黄色，指示灯一般为绿色或蓝色。
（8）工作灯是车辆维修时可以移动使用的一种随车低压照明灯具，电源来自汽车发电机或蓄电池。其功率一般为21W。
6．2．4 LED背光源
LED背光源技术是LED照明应用的一个重要部分，低端的背光源是指简单的广告灯箱之类的产品，在此不多介绍。本节主要介绍用于液晶显示器（LCD）的LED背光源知识。
1．背光源及其分类
由于LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）为非发光性的显示装置，所以需要借助背光源才能达到显示的功能。背光源性能的好坏会直接影响LCD显像的质量，背光源的成本占LCD模块的3%～5%，背光源消耗的电力占LCD模块的75%。高精细、大尺寸的LCD，必须有高性能的背光技术与之配合。而背光技术的高性能化（如高亮度化、低成本化、低耗电化、轻薄化等）也扮演着幕后功臣的角色。
背光源主要由光源、导光板、光学用膜片、塑胶框等组成。背光源具有亮度高、寿命长、发光均匀等特点。目前主要有EL（Electroluminescence）片即电致发光片、CCFL（Cold Cathode Fluorescent Lamp）即冷阴极荧光灯和LED三种背光源类型。依光源分布位置不同，背光源可分为侧光式和直下式。随着LCD模组不断向更亮、更轻、更薄方向发展，侧光式CCFL背光源已成为目前背光源发展的主流。电致发光片（EL）背光源体薄、轻，提供的光线均匀一致，它的功耗很低，要求的工作电压为交流80～100V，提供工作电压的逆变器可把直流5／12／24V的输入转换为交流输出。但EL背光源的使用寿命有限（在50%亮度条件下的平均使用寿命为3000～5000h，在更高亮度水平上的使用寿命将大为缩短）。
LED背光源的使用寿命比EL背光源的长（超过5000h），使用直流电压，通常应用于小型的单色显示器，如电话、遥控器、微波炉、空调、仪器仪表、立体声音频设备等。但是，其亮度也不足以为大型透射式显示器提供背光源。LED背光源与CCFL背光源在结构上基本一致，其中主要的区别在于LED是点光源，而CCFL是线光源。
冷阴极荧光灯（CCFL）提供了用于LCD所需的亮度和寿命（以及灯光管制能力），这就是它至今仍是背光照明最为常用方法的原因之一。但是，热量堆积是一个值得关注的问题。
2．LED背光源的优缺点
采用LED为液晶电视的背光源，目的是提升画质，特别是提升色彩饱和度，LED背光技术的显示屏可以取得足够宽的色域，弥补液晶显示设备显示色彩数量不足的缺陷。同时，因为LED的平面光源特性，使LED背光还能实现CCFL无法企及的分区域的色彩和色度调节功能，从而实现更加精确的色彩还原性以达到更好的画质。
LED背光源的优点如下。
（1）超广色域，可以达105%NTSC色域，因此色彩更鲜艳。
（2）超薄外观，最薄时达1．99cm，更加时尚。
（3）节能环保，能耗比冷阴极荧光灯背光源的低52%，并且没有冷阴极管的汞污染。
（4）使用寿命长，可达100000h。若每天开10h，则可以使用27年。
（5）可以达到10000∶1的超高对比度，清晰度更高。
LED背光源的缺点如下。
（1）耗电量大。虽然单个LED灯珠很节能，由于采用较多的LED灯珠构成面光源，耗电量较大。
（2）散热的问题。散热会导致温度升高，因此必须增加冷却系统和传感器来解决这一问题，这增加了结构的复杂性。
（3）发光效率、电流控制技术不够成熟。
（4）价格较高。
3．LED背光源的类型和结构
1）LED背光源的类型
LED背光源一般分为直下式（将显示屏的整个背面换成LED）和侧光式（周边放上LED）两种类型。
直下式背光源工艺简单（见图6．9），LED阵列置于灯箱底部，从LED发出的光经过底面和侧面反射出去，再通过表面的扩散板和光学模组均匀射出。直下式背光源的厚度取决于灯箱底部与扩散板的距离，厚度越厚，背光源的光均匀性越好。在背光源较薄的情况下，色彩和亮度均匀性成为直下式背光源的技术难点。
侧光式背光源（见图6．10），即将点状光源设置在经过特殊设计的导光板侧边作为背光源，使用LED颗数较少，因光源置于导光板侧边，LED受颗数及亮度限制，仍需将光均匀分散在整个平面上。面板面积越大，光源辉度运用越有限。因为LED背光源放在产品的侧面，只需要添加导光板就可以将液晶产品的外观做到很薄，因此，侧光式白光LED背光液晶电视具有轻薄、结构简单等优势，但侧光式LED产品是由点光源组成线光源，而不是由点光源分布至LCD面板整个面积，故无法实现区域控制功能，对提升动态对比值及动态影像画质也没有帮助，而且难以实现产品的节能功能。
图6．9 直下式背光源原理示意图
图6．10 侧光式背光源原理示意图
2）LED背光源的结构
侧光式LED背光源的结构包括以下几个部分：光源、导光板（Light Guide Plate）、反射片（Reflector）、扩散膜（Diffuser）、增光膜、背板、塑胶框、PCB板。背光源光学原理如图6．11所示。
图6．11 背光源光学原理图
LED背光源各部分的作用如下。
（1）光源的作用是提供光源，照亮LCD。
（2）导光板作为背光源的重要组件，起到传导光能的作用，它的结构和材料决定了背光源最终的亮度和均匀性。
在液晶显示设备日趋薄型化的要求下，背光源的光源往往被放在侧边，就是所谓的侧背光，这样可以最大限度地减小整个结构的厚度。侧背光利用全反射光学原理，让光能顺着导光板方向传导。
在导光板上一般设计有一些特殊的结构部分来破坏全反射条件，以便让光从导光板中照射出来。出来的光线再经过扩散膜和增光膜的作用，使原来散乱的传播方向得以修正，最终得到符合液晶显示要求的光学特性。
（3）反射片用于将没有直接散射出去的杂乱光线再次引入导光板，以提高光源的利用率。
（4）扩散膜通过扩散物质的折射与反射将光雾化、将光由小角度出光集中到正面、将点光源扩散成面光源以提高正面辉度。
（5）增光膜又称为棱镜片，俗称BEF，是把光线聚拢，增加亮度，使其垂直进入液晶模块以提高辉度。
（6）背板在背面起保护作用。
（7）塑胶框的作用是支撑其他部分，同时也是客户模块组装及定位LCD的主要器件，并具有封闭光线的作用，是背光源的主要部分之一。
（8）PCB板的功能是用于支撑及连接电子组件，导通线路。
6．3 LED照明光学设计
LED灯具设计时应当进行照明光学设计，才能使灯具的照明效果达到比较理想的状态，以充分发挥LED光源的优越性能。照明设计包括照明方案设计以及应用照明设计软件对设计效果进行模拟仿真，最后设计出LED灯具的各项光学参数。
6．3．1 LED照明设计方案
照明设计的基础是第2章光度学和色度学特性描述中的相关参数，如光通量、光强、照度、波长、色温、显色指数等，必须掌握这些基本概念，理解其对光源色光特性的影响，才能有效地进行设计；其次，应当了解各种场合下对照度的一般要求；还需要了解各种类型光源的特性，如发光效率等，并了解相应灯具的特点，如使用方式、防护等级等；最后还需了解灯具制作和安装的各种辅材的特性和加工工艺，才能进行优质高效的照明设计。
以下介绍照明设计方案的基本思路、方法、步骤，以及注意的要点。
照明设计方案一般分为以下几步。
（1）明确照明实施的用途与目的。照明设计必须首先确定建筑物的用途，是用于办公室、会堂、教室、餐厅还是舞厅，如果是多功能房间，则要列出各种用途，以确定满足要求的照明设备。
（2）光环境构思及光通量分布的初步确定。在明确照明目的的基础上，确定光环境及光通量的分布。例如，舞厅要采用变幻的光，闪耀的照明，教室要做到均匀的照度和合理的亮度，避免出现眩光。
（3）照度、亮度的确定。
①照明方式主要有以下几类。
a．一般照明。它是指室内基本一致的照明，多应用于办公室场所。要求均匀的光环境，照明设备种类少。
b．分区的一般照明。它是将工作对象和工作场所按功能来布置照明方式，使用这种照明设备，也兼作房间的一般照明。
c．局部照明。在小范围内，可对各种对象采用个别的照明方式，具有灵活性。
d．照明方式的选择。通常，整个房间总是采用一般照明方式；工作面或需要突出的物品采用局部照明，例如，办公室用荧光灯具作一般照明，而办公室桌上用台灯作局部照明；又如，展览中整个大厅是一般照明，而对展品用射灯作局部照明。
4．光源的选择
根据LED光源的效率、光色、显色性及特性等，LED光源可用在不同的场合。
5．灯具的选择
在照明设计中，灯具的选择应考虑的主要因素包括以下几方面。
（1）配光要求、灯具表面亮度、显色性能、眩光度。
（2）环境条件及防护式要求。
（3）协调性，灯具的外形应与建筑物和室内装饰协调。
（4）经济性，如灯具效率、电功率消耗、投资运作费、节能效果等。
（5）配光特性。
①一般生活用房和公共建筑物内采用直接型、均匀散型灯具，使顶部和墙壁均有一定的亮度，整个室内空间分布均匀。
②当要求垂直照度时，可采用倾斜安装的灯具，或选用不对称配光的灯具，如教室黑板照明等。
③大厅、门厅、会议堂、礼堂、宾馆等处的照明，除满足照明功能外，还应考虑照明灯具的装饰艺术效果。对于家庭的客厅、卧室等，随着人们生活水平的不断提高，也可以考虑以上要求。
④生产厂房采用直接型灯具较多，使光全部投射到下方的工作面上。若工作位置集中或灯具悬挂较高，宜采用深照型灯具。一般生产采用深照型灯具。
⑤特殊用房，应根据需要选用专用灯具，如舞厅、舞台、手术室、摄影棚等。
6．室内布灯数的确定
根据已选择灯具及房间大小、照度等因素可以计算室内布灯数。
7．灯具的布置
照明方式有一般照明、分区的一般照明、局部照明和混合照明，布灯的方法也随着照明方式的不同而不同。
1）一般照明的布灯方法
（1）合理确定灯与灯的距离，灯与墙的距离。
（2）合理确定布灯的图案。
2）非均匀照度的布灯法
有些场所（如客厅、宴会厅、商场等）的一般照明并不强调照度均匀性，而是在保证足够的照度前提下强调照明的气氛，着重考虑装饰美与体现环境特点，这种非均匀照明方案的布灯，主要有两种方案。
（1）中心照明方案。中心照明方案用在客厅、宴会厅等处，在厅堂中心装设大型花吊灯，充分体现出豪华欢快的气氛。
（2）分区照明方案。分区照明方案多用在商场，由于商场面积大，用均匀照明会显得呆板与一般化，不能刺激顾客的购买欲望，而分区照明就能吸引顾客，突出商品。一般将商场分成若干个商品区，对各商品区的照明可视商品的特性而异，可采用光色不同的光源，衬托出不同商品的特色，产生良好的效果。
3）局部照明的布灯法
局部照明方式是为了照亮某局部地方（如办公桌、展品、工作台等，一般采用装设工作台与小型射灯来达到目的，对一些面积稍大的局部照明采用荧光灯或投射式吊灯）。
8．对设计结果的检验和修正
对照明设计检验结果进行模拟仿真和修正。修正是要在重新选择光源和灯具之后再进行模拟仿真的计算。
6．3．2 LED照明方案设计中的两个关键点
1．照度的计算
照度计算的目的是根据所需要的照度值及其他已知条件（照明灯具的布置、房间各个面的反射条件及污染情况等）来决定灯泡的容量或灯的数量。或反过来，在照明灯具的类型、数量都已确定的情况下，计算某点照度值。
计算方法可采用逐点计算法，即利用点光源平方反比法、线光源方位系数法。面光源的计算较为复杂，而且只能手工估算，再把每个光源对一点的照度叠加起来计算出总的照度。
2．配光
光强在空间的分布是灯具的重要特性，通常用曲线来表示，所以又称为配光曲线。配光曲线的求解也是采用照明光学设计软件进行设计的主要内容之一。
配光曲线一般有三种表示方法：极坐标配光曲线、直角坐标配光曲线和等光强曲线。
1）极坐标配光曲线
在通过光源中心的测光平面上，测出灯具在不同角度的光强值。从某一方向起，以角度为函数，将各角度的光强用矢量标注出来，矢量顶端的连接就是照明灯具极坐标配光曲线。如果灯具有旋转对称轴，只需通过轴线的一个侧光面上的光强分布曲线就能说明其光强在空间的分布；如果灯具在空间的光分布不对称，则需要若干侧光平面的光强分布曲线才能说明其光强的空间分布状况。
2）直角坐标配光曲线
对于聚光型灯具，由于光束集中在十分狭小的空间立体角内，很难用极坐标来表达其光强度的空间分布状况，所以采用直角坐标配光曲线表示法，以纵轴表示光强图I，以横轴表示光束的投角。如果是具有对称旋转轴的灯具，则只需一条配光曲线表示；如果是不对称的灯具，则需多条配光曲线表示。
3）等光强曲线
将光强相等的矢量顶端连接起来的曲线称为等光强曲线。将相邻等光强曲线的值按一定比例排列，画出一系列的等光强曲线所组成的图称为等光强图，常用的等光强图有圆形网图、矩形网图和正弧网图。由于矩形网图既能说明灯具的光强分布，又能说明光量的区域分布，所以目前投光灯具采用的等光强图都是矩形网图，这里不进行介绍。
6．3．3 LED光学设计及软件简介
由于光学特性是光源的最根本特性，所以LED灯具应包括显示屏中的一项重要应用技术，即LED光学设计。
在LED封装过程中，就已经进行了光学设计，这种设计在业内称为一次光学设计。一次光学设计主要决定发光器件的出光角度、光通量大小、光强大小、光强分布、色温范围和色温分布等。
在使用各种不同类型的灯具等LED发光器件时，整个系统的出光效果、光强、色温的分布状况也必须进行设计，这称为二次光学设计。二次光学设计必须在LED发光器件一次光学设计的基础上进行。一次光学设计要确保每个LED发光器件的出光质量，主要考虑怎样让LED芯片中发出的光能尽量多地取出。二次光学设计要确保整个发光系统（或灯具）的出光质量，主要考虑怎样把LED器件发出的光线集中到期望的灯具上，从而让整个灯具系统发出的光能满足设计需要。
LED的二次光学设计对最终的照明器件和产品的性能起着至关重要的作用。第一，部分光线未能达到有效的照明范围从而导致能量的损失，需要使用大数值孔径的光学系统对光线进行汇聚，以进一步提高光能利用率；第二，封装之后，像面照度分布均匀性达不到设计的要求，难以达到每一点的照度值都大于要求的最低照度值，这都需要对LED进行二次光学设计。
目前，进行LED二次光学设计所使用的基本光学元件主要有透镜、反射镜和折光板等。
1．透镜
透镜的作用是使光源发出的光线进行汇聚或发散，起到改变出光角度的大小而改变照明面积和照度的作用。在实际使用中，通过改变光源到镜头的距离来控制光束发散角。该距离减小，发散角增大；反之则减小。透镜形状采用什么样的面形，应根据实际情况而定。
2．反射镜
反射镜的原理与透镜的不同，透镜是利用折射原理，而反射镜是利用反射或全反射原理，形状通常为旋转二次曲面，包括抛物面、椭球面和双曲面。尽管表面上都能改变光源的光束角，但所包容的孔径角差别很大。由于材料的折射率有限，透镜的孔径角很小，一般为50°以下，而反射镜的孔径角可以达到130°。孔径角的大小反映了反射镜收集光线的能力，也就是说，反射镜的聚光能力较透镜的强，光能利用率更高。当然，如果光源本身的发散角比较小，则适合使用透镜。
3．折光板
折光板的作用是改变光线的方向或在特定的方向上改变光束的角度，通常包括齿形折光板、梯形折光板和柱形或球形折光板。
由于计算机技术的飞速发展，现在光学设计一般采用计算机辅助设计软件来进行。光学设计分为成像光学设计和非成像光学设计。
传统的成像光学设计强调能否在像面上成像以及成像质量如何，成像系统的评价面是与物面共轭的像面，可以用点列图、波像差、传递函数等像质指标进行评价。如果物面是自身发光的或者被均匀照明的，只要成像系统的像质足够好，像面上各点的照度就反映了物面上各共轭点的照度，从而得到物的共轭像。照明系统与成像系统的不同之处在于，评价面不是光源的像面，适用于成像系统的点列图、波像差、传递函数等；而非成像光学设计更强调光能的传输效率以及光能的分配，即收集更多的光能并在指定照明区域达到一定的均匀性要求。因此，LED的二次光学设计应该使用非成像光学设计。
光学设计软件有各种不同的类型，综合性的设计软件有ZEMAX、CODE－V、Fred等，包括成像光学设计和非成像光学设计的模块，可以用来进行LED照明光学设计。但是，针对LED二次光学等照明光学问题，通常采用Light Tools、TracePro等专门的照明光学设计软件来进行设计。
图6．12与图6．13所示的分别是light tools软件的某两个局部操作界面截图，以及对实际灯光的软件仿真图。
图6．12 light tools软件操作界面图
图6．13 软件灯光仿真效果图
6．4 LED照明散热系统设计
6．4．1 散热系统设计的重要性
散热系统的设计是LED照明设计中的另一个核心问题。虽然LED的发光属于冷光，但由于发光过程中量子效率（即发出的光子数与复合的电子空穴对数的比）等因素的限制，所以消耗的能量中只有30%会转换成光能，其余70%会转换为热能，如果不能将热量导出灯具之外，则将无法达到LED光源宣称的50000h寿命，同时热量会影响LED的发光效率，导致严重光衰，甚至LED因高温而提早烧毁，从而导致灯具毁损的结果。
图6．14 美国CREE公司的LED光衰及寿命测试结果图
理论推导分析和实验结果数据分析均表明LED的发光效率及寿命与工作温度息息相关，呈反比关系。图6．14所示的为美国CREE公司所发布的LED光衰及寿命测试报告，从图中可见，温度每下降10℃，寿命将延长2倍且光通量提升3%～8%。另外，如果LED的温度达到110℃，发光效率将会降到60℃时的10%，而且很快会损坏并失效。但如果设计灯具结构时不考虑散热的因素，那么LED灯具产品有可能达到这个温度。因此，要提升LED的发光效率和寿命，LED散热系统的设计便成为一个重要课题。
6．4．2 LED灯具散热设计中的两个重要概念
结温和热阻是LED灯具散热设计中两个重要的常用概念。
1．结温
以上数据中所述的温度是指LED的结温，即LED芯片中PN结的温度。实验指出，当电流流过LED元件时，PN结的温度将上升。通常由于元件芯片均具有很小的尺寸，因此也可把LED芯片的温度视为结温。
LED结温的高低与以下因素相关。
（1）元件不良的电极结构。
（2）由于PN结不可能极端完美，元件的注入效率不会达到100%，也就是说，当LED工
作时，有用的那部分注入电荷，但也不会全部转变成光能，而其中一部分与结区的杂质或缺陷相结合，最终也会转变成热能。
（3）实践证明，出光效率的限制是导致LED结温升高的主要原因。
（4）LED元件的散热能力是决定结温高低的又一个关键因素。
LED的输入功率是元件热效应的唯一来源，能量的一部分变成辐射光能，其余部分最终均变成了热能，从而提升了元件的温度。显然，减小LED温升效应的主要方法有两种：一是设法提高元件的电光转换效率（又称外量子效率），使尽可能多的输入功率转变成光能；二是设法提高元件的热散失能力，使结温产生的热通过各种途径散发到周围环境中去，即降低LED芯片到外界环境的热阻。
2．热阻
1）热传递的基本原理
热传递包含传导、对流和辐射三种方式。在物体散热过程中，这三种方式都会发生。三种传递热量的方式分别由以下公式计算。
（1）传导：Fourier导热定律。
式中：A为与热量传递方向垂直的面积，单位为m2；Th与Tc分别为高温面和低温面的温度；δ为两个面之间的距离，单位为m。λ为材料的导热系数，单位为W／（m·℃），表示该材料导热能力的大小。
一般而言，固体的导热系数大于液体的，液体的导热系数大于气体的。
（2）对流：牛顿冷却定律。
式中：A为与热量传递方向垂直的面积，单位为m2；Tw与Tair分别为固体壁面和流体的温度；h为对流换热系数。
（3）辐射：四次方定律。
式中：ε为导热系数；A为正对面积；Th与Tc分别为高温面和低温面的温度。
辐射的传热问题比较复杂，式（6－3）只是两正对辐射体这一最简单情况下的公式。
2）热阻概念
对传导和对流的公式进行变换，可得
热传递过程的分析类似于电阻电路的分析：热传递过程中，温度差是过程的动力，好像电学中的电压；换热量是被传递的量，好像电学中的电流。因此，式（6－4）和式（6－5）中的分母可以用电学中的电阻概念来理解成导热过程的阻力，称为热阻，单位为℃／W，其物理意义是，传递1W的热量需要多少度温差。在热设计中，热阻标记为R或θ。δ／（λA）为导热热阻，1／（hA）为对流换热热阻。
6．4．3 LED灯具散热设计要点简介
根据以上分析，要加强LED灯具照明系统的散热性能，就要降低从LED芯片（PN结）到外界环境的热阻。这主要是通过改善LED灯珠散热结构、改善电路板散热结构以及加强后端散热等三个方面来达到目的的。
1．改善LED灯珠散热结构
用于传统指示灯的LED大多数仍为直插式结构，其四周以绝缘性环氧树脂进行封装，故LED晶粒所产生的热能主要由下方的两根金属导线以传导方式向系统电路板方向散出。然而，当LED应用于照明领域后，1W以上的高功率LED成为主流，为了增加热传导面积，LED改用贴片式封装，使LED芯片基板和系统电路板能有较大的贴和面积。
目前常见的LED芯片基板为陶瓷基板，它具有散热性佳、低膨胀系数，以及耐热、耐潮、绝缘等优点，所以陶瓷基板成为高功率照明用LED芯片基板的常用散热材料。陶瓷基板目前可分为三大类：氧化铝（Al2O3）、低温共烧陶瓷（LTCC）和氮化铝（AlN）。其中，AlN的导热性最佳，但技术门槛最高，故AlN多用于3W以上的LED产品；Al2O3用于1～3W的LED产品；LTCC则适用于大尺寸大功率、小尺寸小功率的LED产品。以Cree XLamp LED系列为例，即使用陶瓷基板优化散热能力，如表6．6所示。
表6．6 散热基板的分类和膨胀性、导热性介绍
在封装方面，可使用打线、共晶或覆晶三种方式连接芯片和LED散热基板。打线是通过金属导线连接LED芯片和芯片基板的，芯片产生的热只能通过导线进行传导。散热的效能受限于导线的材质和细长的几何形状，故散热效能备受限制。相比较而言，共晶、覆晶的结合方式，可大幅缩减导线长度并加大导线截面积，而提升散热传导能力。图6．15所示的是这两种封装方式的比较。
图6．15 打线式封装和覆晶式封装
2．改善电路板散热结构
LED芯片通过焊接和系统电路板进行连接，由芯片产生的热能也通过芯片基板传导到系统电路板，目前较常用的为具有高导热系数的金属芯基板（Metal Core PCB，MCPCB）。虽然前面有提及陶瓷基板的导热性能佳，但因系统电路板的面积较大，当考虑成本和灯具重量等因素时，会舍弃陶瓷基板，改用MCPCB作为系统电路板。MCPCB由3层结构构成，由上而下分别为导电线路层、高导热绝缘层和金属基板，其中高导热绝缘层的材质须慎选。若使用高膨胀系数的材质，则绝缘层易在高温下膨胀而产生裂缝、空洞，反而使空气进入MCPCB中，形成额外的热阻抗，降低导热的效率。部分厂商会在导热绝缘层和金属基板间喷涂陶瓷散热漆，可提高绝缘层的绝缘阻抗、节省多层导热胶的材料成本和加强MCPCB的散热能力；最底层的金属基板多采用铝合金，利用铝合金较佳的散热特性来达到热传导的目的。
3．加强后端散热
系统电路板的后端结合散热系统进行散热。散热系统可分为主动式散热和被动式散热，主动式散热包含风扇强制散热和磁力喷流散热，被动式散热包含自然对流散热和回路热管散热，如图6．16所示。
图6．16 灯具散热系统的类型与实例
1）风扇强制散热
风扇强制散热就是通过风扇产生空气对流，将热空气导出灯具本体外来进行散热。使用风扇强制散热可以非常有效地将热排出，在计算机、冷气及汽车中都以风扇进行强制散热，目前鑫源盛科技的S01Glory Series LED路灯系列即采用风扇强制散热技术。
2）磁力喷流散热
磁力喷流散热是不使用风扇扇叶产生气流，其结构为一个具有薄膜的中空腔体，利用电磁或压电驱动器以100～200次／秒的频率振荡薄膜，促使薄膜进行上下振荡，随着薄膜的上下位移，空气会流入中空腔体再行喷出，喷出后的气流会带动周边空气产生涡流现象，强化空气对流能力，目前已应用于27WEnergy Smart LED球泡灯。
3）自然对流散热
自然对流散热是通过散热器（如散热鳍片、灯具灯壳、系统电路板等）和空气直接接触，散热器周边的空气因吸收热量成为热空气，这样形成热空气上升，冷空气下降，自然就会带动空气产生对流，达到散热的效果。随着高功率灯具产品的推出，使用自然对流散热需有较大的散热表面积，故散热鳍片应运而生，多数加装于灯具背面，提供较大的散热面积，强化对流散热的效果，阳全光电的LED天井灯即采用鳍片自然散热技术。
散热鳍片的使用虽增加散热效果，但增加了灯具的整体重量和成本，更增添了立杆型灯具安全悬挂的风险。此外，LED灯具常面临落尘堆积等问题，一旦经过长时间使用，脏污、灰尘累积于散热鳍片，将弱化散热能力。相较而言，部分业者选择将散热鳍片设计与灯具发光面同向（向下散热），避免了落尘堆积的问题。市面上由鑫源盛科技所生产的多款LED路灯（如S02Orra Series、S06Fudo Series）即采用向下自然散热设计方式。
4）回路热管散热
这种散热方法是通过循环式的热管进行散热，回路管的两端为系统电路板（热源处）和散热器，回路管的内部则充填着工作流体，并配有蒸发器。其工作原理为：当系统电路板传来热能时，热源处的工作流体吸收热量后，经蒸发器转变为气体，利用气体移动快速的特性，热源处的热量可快速传导到灯壳或散热器上，因此回路热管散热仅解决热传导问题，而无法有效实现“散热”功能。
在灯具设计上，散热鳍片和外灯壳因暴露于空气中，为避免氧化需经过阳极处理。
以上探讨的都是热传导和热对流两种方式，目前已有厂商宣称其陶瓷散热基板可利用远红外线形式将热辐射散出，进行远距离传热，取代LED芯片基板后端的导热金属（散热鳍片、金属灯壳），达到成功散热和减轻灯具重量的效果。
6．4．4 热分析软件简介
LED散热设计通常需要使用热分析软件进行仿真分析。电子相关行业的热分析软件主要有FloEFD、FloTHERM和ICEPAK等，而SolidWorks等三维建模软件也内嵌了一定的散热分析功能，这些软件均可用于散热设计。
FloEFD是进行LED散热设计综合性能的最佳软件。FloEFD软件设计界面如图6．17所示。
FloEFD是一款无缝集成于主流三维CAD软件中的高度工程化的通用流体传热分析软件，是基于当今主流CFD软件广泛采用的有限体积法（FVM）开发的，完全支持直接导入Pro／E、Catia、Solidworks、UGS、Solidege、Inventor等所有主流三维CAD模型，并可以导入Parasolid、IGES、STEP、ASIC、VDAFS、WRML、STL、IDF、DXF、DWG等格式的模型文件。FloEFD的分析步骤包括CAD模型建立、自动网格划分、边界施加、求解和后处理等，这些步骤都完全在CAD软件界面下完成。整个过程快速高效，FloEFD直接应用CAD实体模型，自动判定流体区域，自动进行网格划分，无需对流体区域再建模。
图6．17 FloEFD软件设计界面：LED射灯表面温度分布与自然对流空气流场图
随着半导体照明行业的飞速发展以及LED半导体照明在各行业的推广，FloEFD已成为LED半导体照明行业的信赖软件，其全球使用客户包括GE Lighting、Philips Lighting、LumiLED、Hella、OSRAM等，同时，Mentor Graphics Mechanical Analysis Division也成为OSRAM公司LED Light For You（LLFY）项目散热模拟分析与热测试方面全球唯一合作伙伴。
FloEFD软件可进行各种灯具包括传统灯具、汽车灯、LED封装产品、高档精密LED灯具、LED背光屏等的散热仿真。近年来，随着LED照明行业的蓬勃发展，但灯具巨大的功率消耗以及各行业对产品光泽、色彩与生命周期的高要求，使得产品内部热流分析成为LED照明产品的设计瓶颈。FloEFD深度嵌入CAD，产品设计模型无需任何改动就可直接提交FloEFD计算内部热流，可帮助设计师解决设计瓶颈，保证了LED产品的质量，大大缩短了设计周期，提高了工作效率。
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