山东晶泰星马文波:石墨烯散热结合大角度均匀发光LED灯丝灯的研发及产业化

近年来LED行业灯丝灯的火热度可以说是爆棚,从之前江浙热的现况慢慢变成为全国乃至全球LED灯丝热。而石墨烯却不仅仅是在LED行业,更是在几乎所有材料领域都是超级热。2月20日,在由LEDinside、CNLED网(即原中国LED网)主办的首席顾问行情分析会(上海站)上,山东晶泰星副总裁马文波集合两个 “热”发表了《石墨烯散热结合大角度均匀发光LED灯丝灯的研发及产业化》的演讲。


♦  山东晶泰星副总裁马文波先生

LED替代白炽灯真的准备好了吗?

谈灯丝灯首先必谈白炽灯。目前全球都已经发布了淘汰白炽灯的路线图,中国对60瓦以上的白炽灯已经明确地禁止生产和销售,其他的西方国家(美国、加拿大、澳大利亚)都已经明确退出了白炽灯。那么LED替代白炽灯真的准备好了吗?

对此马文波博士提出了以下6个问题:白炽灯的光效规格从25瓦到100瓦完全替代,在同样的体积情况下LED是否准备好了?白炽灯全方位的发光效果,全配光的发光曲线,目前的LED产品是不是能够完全地实现了?第三,白炽灯璀璨夺目的视觉感观效果LED真的实现了吗?第四,白炽灯低廉的成本价格LED实现了吗?第五,白炽灯超轻的重量LED能不能实现?第六,白炽灯接近100%的显色指数LED照明产品也能实现吗?

为什么要做它?

不忘初心,回归产品。从整个光源发展来看,白炽灯是完美的产品,因为它有接近100的显指,而且环保、没有有毒有害的污染物质,另外还非常轻,成本低,视觉效果被绝大多数人接受。而节能灯虽然有大的发光角度,光效也比白炽灯强,但含汞,所以发展几年很快就被LED所替代了。

对于LED在开始进入人们视线时,便以节能概念快速走红。目前市场上看到的基本上在80-90LM/W,比白炽灯提高了8到10倍,而且也有比较大的发光角度,但是其发光角度还是逊于白炽灯,这也就是LED灯丝灯出现的原因。

灯丝灯在2012年就开始了,当时香港的专卖店里已经有产品出现,而大陆却没有,在2013年很多厂家开始追捧,到今天逐渐成熟。所以这个产品可以看到它关键的技术特点,不仅有很大的发光角度、比传统的LED光效更高,而且环保,重量比较轻。

石墨烯如何改变灯丝灯

由于LED灯丝灯的结构没有多余的散热结构件,只能依靠气体和外壳散热。根据热传递学三要素传导、对流和辐射来看,目前灯丝灯没有传导,只有对流和辐射。但是主要还是对流散热,辐射的比例很小。如果把石墨烯的技术导入到灯丝灯里,就是想利用石墨烯的热辐射特性来增加灯丝灯的散热性,来延长灯丝灯的使用寿命。

基于此思路,通过在相同的铜片上涂布石墨烯和不涂进行对比试验,测试黑体辐射性能,可以明确地看到涂有石墨烯的地方,它的热辐射特性非常明显,但是没有涂抹石墨烯的,没有明显的热辐射特性。另外也把涂石墨烯的材料涂在铜箔或者是铝箔上面,也做了对比热成像实验,结果是一致的,所以石墨烯具有比较好的热辐射特性。

基于试验得到的结果,将石墨烯用在灯丝的背部位置的金属基板上,LED加热产生的热量通过石墨烯把热量辐射出去,同时利用泡壳内的导热气体来实现有效的对流,降低温度。根据涂石墨烯和不涂石墨烯产品的对比,可以看到涂有石墨烯的芯片结温温度比没有涂石墨烯的结温低3-5度,这样可以看到明显地降低芯片的结温,从而能够延长灯丝的寿命。

灯丝灯的发展趋势

马文波关于灯丝的发展趋势提到晶泰星说布局的两个方向。一个是柔性发展方向,另外一个是智能方向。

目前LED行业已经出现了一些柔性产品,但是主要还是直灯丝或者弯曲的灯丝。马文波表示,对晶泰星来说更重要的是让柔性灯丝灯能够达到主照明的产品,晶泰星准备考虑把石墨烯和材料结合,来达到主照明要求的光规格。

关于灯丝的另一个发展方向智能型LED灯丝灯,马文波表示,因为在灯丝灯里会遇到比较多的串变方式,一根灯丝有20几颗芯片,每个芯片的VF值又不一样, VF值的差异会导致电流分配不均匀,而不均匀会导致某根灯丝的电流过载,这样会导致该灯丝的寿命急剧下降。而晶泰星在灯丝里面封装了智能器件,该芯片具有很好的限流特性,保证这根灯丝的电流在10-12mA,这样可靠性会得到非常大的延伸。

最终目标是希望通过这些器件的应用,把电源真正地去掉。因为目前的灯丝灯的灯头里还含有电源,而未来灯丝灯不需要电源,只需通过封装在灯丝中的两端器件的限流特性来实现跟白炽灯的点亮。(整理:LEDinside Skavy)



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