浅谈松下直管型LED灯系统结构

　　　LED 是英文 light emitting diode （发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 LED 的抗震性能好，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，LED的心脏是一个半导体的晶片。

　　发光二极管晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。

　　直管型LED灯的目标是取代办公室等使用的直管型荧光灯。松下于2010年12月24日开始供货首款支持日本灯泡工业会规格“JEL801：2010”的直管型LED灯系统。该LED灯系统支持刚刚标准化的L型灯口，与此前使用G13荧光灯灯口的原有直管型LED灯划清了界限（图1）。产品一推出就大受欢迎，据称“订单多得超出预期”（该公司）。

　　据松下电工介绍，符合JEL801：2010规格的灯系统，当前的目标是满足陆续进入更新换代期的荧光灯系统的“LED化”需求。此次的直管型LED灯系统比荧光灯系统可降低约42％的功耗。但要满足更新换代的需求，估计不只是要低功耗，还需要实现从灯下到墙面的照明都不逊色的性能。松下在产品供货之际，公开了实现良好照明性能的开发要点等。

　　分散配置LED芯片

　　也称为led发光芯片，是led灯的组件，也就是指的P-N结。其主要功能是：把电能转化为光能，芯片的主要材料为单晶硅。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。

　　原来的直管型LED灯一直存在多个LED发光点呈粒状、光线刺眼、色斑和色差较明显、射向侧面方向（墙面等）的光线较弱而无法照亮整个房间等课题。这也是把荧光灯替换为LED灯时令用户感到不适的原因。

　　此次采用了长条状LED单元。在陶瓷基板上，面朝上等距离安装蓝色LED芯片，并以混合有荧光体的硅树脂包覆（图2）。以蓝色LED芯片表面和侧面方向发出的光线使荧光体发光，从而使整个LED单元发光。并用装入玻璃管间的扩散膜消除了发光点的颗粒感。该扩散膜带来的光损失仅为2％。

　　此前因是多个LED芯片的封装并列，因此封装间有不发光之处。另外，利用具备光扩散功能的树脂管包覆还导致了10％的光损失。

　　蓝色LED芯片的个数虽未公开，但安装了多个通用形状的小型芯片注1）。将发光的LED芯片细致地分散，可使得眩光不太耀眼。据负责LED单元开发的松下照明公司介绍，像这样安装多个小型芯片并封装的LED模块已经应用于LED灯泡开发之中。

　　注1：通用的小型蓝色LED芯片单边尺寸多为200μm～300μm。

　　图1：支持L型灯口的照明灯系统（点击图片查看原图）

　　松下电工已开始上市的直管型LED灯系统符合日本灯泡工业会的规格“JEL801：2010”。该灯由直管型LED灯、灯口、电源模块和外壳等构成（a）。还做了防坠落等的改进（b）。

　　图2：把LED安装在陶瓷基板上（点击图片查看原图）

　　直管型LED灯内部配置有多个长度为140mm的长条状LED单元（a）。LED单元是在陶瓷基板上安装多个蓝色LED芯片，其周围用混合有绿色和红色荧光体材料的硅树脂（图中的荧光体层）加以封装。据称，与原来的安装方法相比，可减轻眩光，且光的粒感较少。另外，LED单元的长度为推测值。（图片：（b）以松下电工的资料为基础制成）

　　“自然感”来自形状和荧光体

　　混有荧光体的硅树脂为向长边方向延伸的半圆柱体形。蓝色LED芯片的光线穿过荧光体的距离对LED芯片所在的位置依赖性变小（图3）。加之，LED单元不仅表面，而且侧面也会射出光线，因此安装之后灯光也较容易照射到墙壁方向。

　　图3：用半圆柱体形树脂包覆以消除色斑（点击图片查看原图）

　　硅树脂以类似于半圆柱体的形状包覆住蓝色LED芯片。蓝色LED芯片发出的光射到外部时通过该树脂的光路长度几乎相同，从而能够抑制色斑的产生。（图片基于松下电工的资料制成）

　　荧光，又作“萤光”，是指一种光致发光的冷发光现象。当某种常温物质经某种波长的入射光（通常是紫外线或X射线）照射，吸收光能后进入激发态，并且立即退激发并发出比入射光的的波长长的出射光（通常波长在可见光波段）；而且一旦停止入射光，发光现象也随之立即消失。具有这种性质的出射光就被称之为荧光。在日常生活中，人们通常广义地把各种微弱的光亮都称为荧光，而不去仔细追究和区分其发光原理。

　　荧光体使用了绿色荧光体和红色荧光体。平均演色性指数（Ra）为84，满足Ra需达到80以上的JEL801：2010规格。Ra评价中不包含的红色（R9）的演色性确保了30。其演色性达到了与目前主流的荧光灯同等的水平。

　　沿用荧光灯标准进行研发的思路，还体现在系统的电源电路和部件选择等方面。比如，电源电路（AC-DC转换器），虽然向LED灯恒定供应350mA的直流电流，但实际上电流中还存在一些高频成分，开关频率选定为50kHz～60kHz。

　　在部件选择方面，系统的外壳部分和收纳电源模块的部分等可与使用荧光灯的系统通用。这是为了以部件通用化来抑制部材成本。