將LED 作為接入市電的照明光源,，在實際操作中,，還存在一系列有待優(yōu)化的問題：
（1）LED 驅(qū)動方式為恒流驅(qū)動，如此方能保證其發(fā)光強(qiáng)度均勻一致,；
?。?）由于LED 的性能受溫度影響會發(fā)生較大變化、甚至損壞,，所以必須解決其散熱問題,；
（3）單顆LED 燈珠（ 芯片） 可近似為點光源,，在作為照明光源時,，必須改善其光線在各個方向的出射角度，使人眼更容易長時間接受,。
1 恒流驅(qū)動
圖1 所示為1W 級大功率LED 芯片在輸入為正向電壓時的伏安特性曲線,。
實際測得此芯片的開啟電壓近似為Uon = 2. 3V，而一旦LED 導(dǎo)通后,，其中流過的電流與其兩端接入的電壓近似按照指數(shù)規(guī)律增長,，其關(guān)系可表示為：
式中，i 為流過的電流,；Is為反響飽和電流,；q 為電子的電量；u 為兩端電壓,；k 為玻耳茲曼常數(shù),；T 為熱力學(xué)溫度。由圖1 和式（1） 可知,，若采用恒壓驅(qū)動,，則當(dāng)兩端電壓存在微弱的波動時，通過的電流將會發(fā)生急劇的變化,，顯然這對LED 本身的性能也是一種削弱,，由后面的分析也會得知，這對發(fā)光強(qiáng)度也會造成較大的影響,，顯然這在照明領(lǐng)域是不允許的,。
引言
led（ Light Emitting Diode） 是一種節(jié)能、長壽命,、環(huán)保型的新光源,，隨著LED 光源技術(shù)的快速發(fā)展及生產(chǎn)成本的下降，其在照明領(lǐng)域的使用比例逐漸加大,。如果用LED 照明光源取代目前傳統(tǒng)照明光源數(shù)量的50% ,，每年我國節(jié)省的電量就相當(dāng)于一個三峽電站發(fā)電量的總和，其節(jié)能效益十分可觀,。LED 光源在照明市場的前景已令全球矚目,，它正在給照明領(lǐng)域帶來一場全新的綠色革命。
將LED 作為接入市電的照明光源，在實際操作中,，還存在一系列有待優(yōu)化的問題：
?。?）LED 驅(qū)動方式為恒流驅(qū)動，如此方能保證其發(fā)光強(qiáng)度均勻一致,；
?。?）由于LED 的性能受溫度影響會發(fā)生較大變化、甚至損壞,，所以必須解決其散熱問題,；
（3）單顆LED 燈珠（ 芯片） 可近似為點光源,，在作為照明光源時,，必須改善其光線在各個方向的出射角度，使人眼更容易長時間接受,。
1 恒流驅(qū)動
圖1 所示為1W 級大功率LED 芯片在輸入為正向電壓時的伏安特性曲線,。
實際測得此芯片的開啟電壓近似為Uon = 2. 3V，而一旦LED 導(dǎo)通后,，其中流過的電流與其兩端接入的電壓近似按照指數(shù)規(guī)律增長,，其關(guān)系可表示為：
式中，i 為流過的電流,；Is為反響飽和電流,；q 為電子的電量；u 為兩端電壓,；k 為玻耳茲曼常數(shù),；T 為熱力學(xué)溫度。由圖1 和式（1） 可知,，若采用恒壓驅(qū)動,，則當(dāng)兩端電壓存在微弱的波動時，通過的電流將會發(fā)生急劇的變化,，顯然這對LED 本身的性能也是一種削弱,，由后面的分析也會得知，這對發(fā)光強(qiáng)度也會造成較大的影響,，顯然這在照明領(lǐng)域是不允許的,。
2 合適工作電流的選取
在恒流輸入的工作環(huán)境下，將1W 級大功率LED芯片" title="LED芯片">LED芯片放在暗箱中,，線性改變輸入電流,，用照度計測出光照度與輸入電流的變化關(guān)系，繪出如圖2 所示的關(guān)系曲線,，光照度隨著電流的上升基本呈現(xiàn)線性增長的趨勢,。
計算在相應(yīng)電流下的輸入電功率P = UI,，測出光通量Ф，則可計算出各組的發(fā)光效率η = Ф /P,。繪出發(fā)光效率隨輸入電流的變化曲線如圖3 所示，在輸入電流穩(wěn)定上升時,，1W 級大功率LED 芯片的發(fā)光效率是呈下降趨勢的,。
綜合考慮上述兩種情況，即兼顧光照度以及發(fā)光效率,，選取合適的驅(qū)動電流I,，從而使LED 照明光源同時滿足足夠的亮度和相當(dāng)高的發(fā)光效率。方法如下,，橫坐標(biāo)依舊選擇輸入電流值,，而縱軸分別進(jìn)行歸一化處理，作出兩條曲線,，而曲線的交點對應(yīng)的電流值即為所要選取的合適工作電流值,，此處I = 332mA，如圖4 所示,。
3 燈具散熱分析
對于由1W 級大功率LED 芯片組成的光源,，其發(fā)熱問題是不容忽視的，未及時散熱不僅導(dǎo)致LED芯片的發(fā)光效率急劇下降,，同時有可能使芯片燒毀,，造成嚴(yán)重?fù)p失，因此必須考慮合適的散熱方案,。
熱量的傳遞主要有3 種方式：熱傳導(dǎo),、熱對流和熱輻射。由LED 芯片制作的照明燈具主要是利用熱傳導(dǎo)和熱對流方式進(jìn)行散熱的,。熱傳導(dǎo)過程為LED芯片的鋁基板→燈具外殼→金屬散熱片,，芯片與鋁基板、基板通過硅膠與燈具外殼,、燈具外殼與散熱片之間存在空氣泡（ 制作工藝造成） 能夠傳熱,；而熱對流主要是依靠散熱片與空氣間的對流使熱量散出。
散熱主要有兩種方式：被動式散熱和主動式散熱,。其中主動式散熱主要是通過風(fēng)扇等類似裝置增加散熱片表面的空氣流動速度,，以便快速帶走散熱片上的熱量，進(jìn)而提高散熱效率,。被動式散熱是指依靠燈具（ 高導(dǎo)熱鋁材料） 自身的外表面與空氣的自然對流將LED 產(chǎn)生的熱量散出,。這種散熱方式設(shè)計、組裝簡單,，并且易與燈具的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合起來,，比較容易達(dá)到燈具的防護(hù)等級要求,，并且成本較低，是目前廣泛采用的一種散熱方式,，本文重點討論被動式散熱的有效性,。
在被動式散熱中，選擇合適的散熱片至關(guān)重要,，其主要參數(shù)有：材料,、高度、散熱片面積,、散熱片溝槽間距等,。就材料而言，導(dǎo)熱性能由高到低排列依次是：銀,、銅,、鋁、鋼,，銀價格昂貴,；銅的價格仍稍貴，并且加工難度大,、容易氧化,；而鋁雖然價格便宜，但其導(dǎo)熱性能卻不及銅的50%,。所以一般而言,，常采用的散熱片材質(zhì)是銅鋁合金，既能保持成本低廉,，同時還具有較高的導(dǎo)熱性能,。對于散熱片的表面積而言，有效表面積越大,，其散熱效果越好,。散熱片高度H 以及溝槽間距D 主要影響空氣流通，若是其比值D /H 非常小,，即形成一個很窄的溝槽,，則結(jié)果是溝槽中的空氣很難與外界中的氣體流通，這樣對于整個燈具系統(tǒng)而言,，其散熱效果會相對差很多,。所以對于一個散熱片而言，需要綜合材料性能,、燈具封裝尺寸,、整體散熱效果來選擇或是設(shè)計專門的散熱片。
為了進(jìn)一步改善LED 燈具的散熱效果,，一般采用在LED 基板上涂抹導(dǎo)熱硅脂或是導(dǎo)熱硅膠的方法,。這種方式雖然成本比較低,，但是存在涂抹不均勻又不容易固定、導(dǎo)熱性能差（ 導(dǎo)熱系數(shù)較低,，往往低于5W/m·K） 等問題,。導(dǎo)熱墊片是一種性能更優(yōu)的導(dǎo)熱材料，它的導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到10W/m·K,，且其導(dǎo)熱效果與其整體面積成正比,。另外，減小LED 與散熱片的間距,，將LED 固定在散熱片上，使散熱墊片作為中間載體也是一種不錯的選擇,。
4 光線分布
單片1W 級大功率LED 芯片可近似視為點光源,。大部分LED 的配光曲線都是呈朗伯（ Lanmbertian distribution） 形分布，即中心光強(qiáng)比較強(qiáng),，而且是對稱的圓形光斑分布,，不可直接用于照明。
在實際生活中,，需要的是一種有效發(fā)光面積大,，光強(qiáng)度和照度均勻的面光源，同時又避免產(chǎn)生眩光,。
為了更好地利用LED 進(jìn)行照明,，需要對其光線進(jìn)行重分布和改善。商品化的照明白光LED 采用內(nèi)置的反射器和封裝樹脂等已經(jīng)形成了一次光學(xué)系統(tǒng),，使得其光輸出具有固定的形式,。盡管如此，其光出射角度還是很小,，難以滿足正常照明的需求,，因此有必要對其進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計。
首先,，對于LED 而言,，增大其光出射角度可以組合使用反射罩和透鏡，常用的反射罩形狀有拋物面,、橢球面,、雙曲面、半球面等,，其反射原理如圖5 所示,。
有時經(jīng)過反射罩后，輸出光線角度擴(kuò)大,，光線經(jīng)過足夠的混合后,，出射的光強(qiáng)度和照度也達(dá)到均勻性要求,。但是，對于大多數(shù)情形,，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,，沒有充分利用光輸出量，同時在出光面的邊緣也會產(chǎn)生眩光等令人不舒服的光線,?；谏鲜鲈颍枰M(jìn)一步使用控光元件,，如光透鏡,、均光片以及遮光器等。常用的光透鏡有凸透鏡或菲涅爾透鏡,、凹透鏡或楔形透鏡等,，其光線方向轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D6 所示。
為了進(jìn)一步保證光照度的均勻性,，也常常通過添加均光片的方法,，通過其漫反射的作用，將單片或多片組合發(fā)光不均勻的LED 的光輸出進(jìn)行均勻處理,，獲得均勻的照度,。另外配合使用遮光器，可以防止不必要的眩光刺眼以及進(jìn)行光輸出的二次分配,，提高被照明環(huán)境的舒適度,。
目前單片1W 級LED 高端芯片產(chǎn)品的發(fā)光效率約為100 lm /W 左右，作為照明光源,，其光亮度是不夠的,，此時需要多片組合。白熾燈的發(fā)光效率是10lm /W,，家庭用60W 的白熾燈照明即已足夠,，對比可知用6 片1W LED 串聯(lián)組合（ 亮度要求高時可以串聯(lián)更多） 形成的LED 陣列更利于光照度的均勻，同時還能保證較高的亮度,。
針對LED 陣列的實際情況,，可以配合著使用反光罩和光透鏡。對于出現(xiàn)的刺眼眩光,，可以相應(yīng)使用遮光器來消除,。其中需要注意的是，在經(jīng)過多次反射使光線混合均勻的過程中,，為防止過多的光損失,，提高發(fā)光效率，需要在散熱片上噴上反光漆,，同時在反光罩的內(nèi)側(cè)面鍍上反射率高的膜,。
結(jié)合LED 發(fā)光特性設(shè)計出合適的燈具,，既能有效提高光源的利用率，又能減少光污染,，保護(hù)人眼健康,，使LED 作為下一代綠色照明光源成為可能。
5 結(jié)語
LED 照明光源具有獨特的電,、光,、熱等特性，在其應(yīng)用設(shè)計中需要綜合考慮驅(qū)動方式,、合適電流的選擇,、散熱、改善光線分布等等因素,，本文較為詳盡地介紹了目前解決上述問題的種種方案,。在具體使用中，需要結(jié)合相應(yīng)的使用環(huán)境加以應(yīng)用,。可以相信,，隨著LED 技術(shù)的不斷發(fā)展,、進(jìn)步以及LED 照明燈具設(shè)計的日臻完善，更多更新更好的照明產(chǎn)品將層出不窮,，真正迎來LED 光源在照明領(lǐng)域的革命浪潮,。