以發(fā)光二極管(LED)為光源的照明器具憑借功耗低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)逐漸開始在市場(chǎng)上滲透。其中，意欲替代白熾燈泡、燈泡型熒光燈等傳統(tǒng)燈泡的燈泡型LED照明(以下，簡(jiǎn)稱LED燈泡)近來(lái)更是備受關(guān)注。因?yàn)榘凑誏ED壽命計(jì)算的燈泡的單位時(shí)間價(jià)格已經(jīng)與傳統(tǒng)燈泡相當(dāng)，所以，有望在普通家庭中加速普及。
率先推出低價(jià)LED燈泡的廠商是夏普。夏普于2009年6月11日宣布，該公司將以實(shí)際售價(jià)不到4000日元的低價(jià)格為賣點(diǎn)進(jìn)軍LED燈泡市場(chǎng)。這一價(jià)格的設(shè)定非常具有沖擊力，約為當(dāng)時(shí)LED燈泡市售價(jià)格的一半。在2009年3月開始銷售LED燈泡的東芝照明(Toshiba Lighting)迅速做出反應(yīng)，于夏普產(chǎn)品發(fā)布的11天之后，即6月22日發(fā)布了與夏普同在7月15日上市的新型低價(jià)LED燈泡產(chǎn)品*1、*2。
圖1：低價(jià)LED燈泡東芝照明與夏普陸續(xù)上市了價(jià)格約為以往一半，即零售價(jià)不到4000日元的普通燈泡型LED照明(LED燈泡)。為了防止發(fā)光效率下降、壽命縮短，LED的散熱非常重要。因此，LED燈泡的下半部分為鋁合金鑄件制造的散熱器。
燈泡的下半部為散熱部件
低價(jià)格化并不意味著LED燈泡可以拋棄功耗低、壽命長(zhǎng)等特有的優(yōu)點(diǎn)。而且，產(chǎn)品要想立足于市場(chǎng)，還需要具有較高的散熱能力。
LED燈泡發(fā)出的光線中紅外線成分少。因此，與白熾燈泡、燈泡型熒光燈相比，光線照射部分升溫較慢*3。但LED自身會(huì)發(fā)熱，所以散熱對(duì)策不可缺少。一旦超過(guò)LED芯片的容許溫度，LED的發(fā)光效率就會(huì)下降，對(duì)燈泡的壽命也會(huì)產(chǎn)生不良影響。
從外部來(lái)看，LED燈泡的特征可以說(shuō)是提高了散熱性的結(jié)果。從側(cè)面看LED燈泡，整體下側(cè)的一半以上為散熱器(圖1)。東芝照明、夏普都采用了鋁合金鑄件制造的散熱器。
比較二者的散熱器，除顏色外，形狀差異也非常明顯。在高度方面雖然夏普產(chǎn)品稍微多些，但散熱器溝道面積則是東芝照明的較大。東芝照明產(chǎn)品的溝道深度從下到上逐漸遞增，而夏普的則是上下基本等高。
散熱器的表面積越大，散熱性能越高。在外形尺寸有限的情況下，加大溝道深度是增加表面積的方法之一，但隨著溝道深度的增加，電源電路底板、樹脂殼等的內(nèi)部安裝空間會(huì)隨之減少*4。
東芝照明的散熱器內(nèi)部空間為圓柱形，夏普產(chǎn)品則為接近外形的圓錐形(圖2)。樹脂殼在保持絕緣性的同時(shí)，把電源電路底板安裝在燈泡殼體上。
圖2：LED燈泡的主要結(jié)構(gòu)東芝照明LED燈泡散熱器(外殼)的圓筒側(cè)面有16片直角三角形溝道，上覆圓板。上面直接固定LED基片。電源電路底板固定在杯狀樹脂殼中，從散熱器下方插入。另一方面，夏普LED燈泡的散熱器呈有錐度的圓筒形狀，表面安裝有60片高度不到幾mm的葉片。LED基片固定在散熱器上方覆蓋的圓板狀金屬板上。電源電路底板固定在散熱器上方插入的圓錐形(但側(cè)面大部分鏤空)樹脂殼A中。
LED芯片是LED燈泡的最大熱源，在燈泡中是把復(fù)數(shù)個(gè)LED芯片封裝在一起，然后安裝在鋁合金制成的基片上的。這種鋁合金的LED基片被固定在散熱器的上部。夏普的產(chǎn)品中，LED基片與散熱器之間還夾有金屬板。
本文將結(jié)合東芝照明產(chǎn)品及夏普產(chǎn)品的LED燈泡拆解圖，詳細(xì)介紹其內(nèi)部構(gòu)造。
1：夏普最初預(yù)定的上市時(shí)間為2009年7月15日。但該公司于7月9日發(fā)布了因“預(yù)定超出預(yù)計(jì)”而延期上市的決定。支持調(diào)光器、配備調(diào)光/調(diào)色功能的LED燈泡將于同年9月1日，其他LED燈泡將于同年8月1日上市。
2：燈泡巨頭松下雖然在2009年3月舉辦的“Lighting Fair 2009”展會(huì)上參考展出了燈泡型LED，但截至2009年8月上旬，該公司“還沒(méi)有投產(chǎn)的具體計(jì)劃”。
3：LED燈泡光線中紫外線區(qū)域的成分也比較少，因此還具有不吸引紫外線敏感昆蟲的優(yōu)點(diǎn)。
4：增加表面積需要加大葉片高度，或者縮小葉片間隔(增加片數(shù))。東芝照明在確定葉片的間隔和高度時(shí)參考了散熱器周圍的空氣流動(dòng)(對(duì)流)。
(二)：散熱器構(gòu)造不同
散熱器連接構(gòu)造各不相同
擴(kuò)散LED光線的半球狀部分被稱為“球形燈罩”。東芝照明的球形燈罩為聚碳酸酯制，利用粘合劑固定于散熱器上方的4個(gè)位置。而普通燈泡的球形燈罩一般為玻璃制造。這是因?yàn)長(zhǎng)ED光線不容易發(fā)熱，所以能夠采用樹脂。而且，采用樹脂之后，在燈泡掉落時(shí)也不易破裂，安全性由此提高。
球形燈罩下方配置的是LED基片。在東芝照明的產(chǎn)品中，6.9W(白色、總光通量565lm)額定功耗的產(chǎn)品中，LED基片上的LED封裝數(shù)量為7個(gè)(圖3)*5。
圖3：東芝照明LED燈泡的上部 LED基片背面與散熱器(外殼)上表面接觸，直接利用2顆螺絲固定
東芝照明的LED基片上安裝有連接電源電路線的連接器。連接器是無(wú)需焊接的產(chǎn)品，估計(jì)是優(yōu)先考慮了組裝的簡(jiǎn)易性。附帶一提的是，東芝照明的LED燈泡是在日本國(guó)內(nèi)工廠組裝的。
LED基片由2顆螺絲固定，拆下基片后可以看到散熱器的上表面。這一部分利用機(jī)械加工進(jìn)行了平坦化處理，只需對(duì)LED基片進(jìn)行螺絲固定即可與基片背面充分貼合從而獲得導(dǎo)熱性能。
夏普的LED燈泡的球形燈罩為玻璃制造*6。7.5W(日光色、總光通量560lm)額定功耗產(chǎn)品的LED基片上配備了6個(gè)LED封裝(圖4)。電源電路底板之間的布線采用焊接方式連接。
圖4：夏普LED燈泡的上部 LED基片利用3顆螺絲固定在金屬板上，二者之間涂有導(dǎo)熱油。另外，與電源電路底板的布線進(jìn)行了焊接
LED基片通過(guò)3顆螺絲固定在金屬板上，二者之間涂布了導(dǎo)熱硅脂(Grease)。固定LED基片的不是鋁合金鑄件制造的散熱器，而是另外的金屬板。材質(zhì)雖然為鋁合金，但表面看不出機(jī)械加工痕跡。用這種金屬板固定LED基片，兩者的貼合性能有可能不夠充分，所以需要使用導(dǎo)熱硅脂。
金屬板利用3顆螺絲(不是固定LED基片的螺絲)被固定在散熱器上。取下金屬板可以看到，散熱器內(nèi)部充滿了黑色樹脂(圖5)*7。估計(jì)這些樹脂是促進(jìn)導(dǎo)熱的填充材料，但這些樹脂與金屬板的背面并未接觸，所以推測(cè)其主要目的是向散熱器傳導(dǎo)電源電路底板的熱量，而不是LED封裝發(fā)出的熱量。
