东芝照明与夏普新型LED灯泡内部构造揭秘
摘要： 率先推出低价LED灯泡的夏普和东芝照明两大厂家，他们当初进军LED灯泡市场的时候，就推出了两款非常经典的LED球泡灯，虽然不可与当今的LED照明产品同日而语，但当时是如何实现其性价比的？其内部构造又是怎样的呢？今天回顾一下这两款典型LED灯泡的内部构造，希望可以为今日的LED照明灯具改良引发出一些启示。
变更散热方式实现低成本
正如文章开头介绍的那样，在夏普发表的刺激下，东芝照明通过变更原有产品的设计实现了低价格化。原有产品2009年8月已经可以购买到，为了确认设计上的变更内容，拆解组对原有产品也进行了拆解*8。
外观差异仅在于散热器上方(与球形灯罩之间)的银色装饰环(图10)。因为银色装饰环对提高散热性、提高发光效率没有任何帮助，所以新产品省略了该环。虽然散热器的模具需要随之修改，但考虑到几十万的产量，省略装饰环更有益于降低成本。
图10：东芝照明LED灯泡的比较新产品与原有产品相比，除外观上的涂装颜色从白色变为银色外，还省略了与散热无关的装饰环。
摘下球形灯罩看不出原有产品与新产品的差异。但去除金属盖后，差异则一目了然：原有产品在树脂壳中，电源电路底板内侧存在填充材料(图11)。而新产品的树脂壳中只插入了电源电路底板。
图11：东芝照明LED灯泡(原有产品)的下部为了使电源电路底板的热量高效传导至散热器，底板背面与散热器之间充满了填充材料。
从散热器中拔出树脂壳可以看到，原有产品的树脂壳长度短于新产品(图12)。而且，树脂壳的侧面还有新产品中没有的开放部位。其目的是使壳中的填充材料与散热器相接触。
图12：东芝照明LED灯泡(原有产品)的树脂壳与电源电路底板树脂壳上有开放部位，可供填充材料与散热器的内面接触。
新产品为什么无需填充材料呢?关于这一点，东芝照明的回答是：①原有产品使用6芯片并联的LED封装，而新产品改为了3芯片串联;②电源电路的输出电流减小，发热量也随之降低;所以新产品无需再利用填充材料传导电源电路底板热量。放大观察LED封装的确可以看到芯片数量上的差异。节省填充材料注入工序，组装成本也可以相应降低。
东芝还表示，电源电路底板的变更也有助于降低成本。新产品采用了酚醛纸底板，而原有产品采用的是环氧玻璃底板。按照熟悉电子电路的技术人员的说法：“底板的成本虽说与产量也有关系，但光是此项改变底板就可以从300～500日元降低到约50日元”。
实际取出底板查看，原有产品确实为环氧玻璃底板。与新产品的酚醛纸底板相比，酚醛纸底板的布线仅为单面，而环氧玻璃底板为两面，因此，原有产品的底板较小。也就是说，新产品为采用酚醛纸而扩大了底板面积，容纳底板的树脂壳也不得不增大。
这一设计变更需要修改散热器模具，这是成本增加的因素。但东芝表示：“通过变更设计，散热器使用的材料量会略微减少。综合来看，重新开模仍然能降低成本”。
图13：斯坦利电气LED灯泡通过采用高散热性的陶瓷，散热器(外壳)可以缩小，除上方外，还可以照亮周
图14：斯坦利电气LED灯泡的截面想像图由于LED基片与散热器的接触部分无法充分传导热量，因此内部填充了连接二者的填充材料。
散热器使用陶瓷
斯坦利电气同样是新步入LED灯泡市场的公司之一。在汽车照明领域业绩卓著的该公司计划从2009年9月开始量产LED灯泡*9。因为拆解时该公司的量产尚未开始，所以拆解组未能对实物进行拆解，在此对采访中获悉的散热方式的改进加以介绍。
斯坦利电气的LED灯泡的最大特点在于散热器材料为陶瓷(图13)。因为陶瓷向空气的导热率高于东芝照明和夏普采用的铝合金，因此散热器面积可以缩小。
不过，从成本来看，铝合金铸件的成本要低，许多厂商也因此放弃了陶瓷。但斯坦利电气却发现了缩小散热器后带来的巨大好处：可以实现全方位发光。
现在，采用铝合金制散热器的LED灯泡必须把LED设置在接近顶端的位置。因此，光线很难在金属盖附近沿横向发散。无法像白炽灯泡一样应用于金属盖横向附近有反射板的照明器具、以及灯泡设置位置偏低且需要全方位发光的落地灯。而采用陶瓷散热器后，LED的设置位置可以靠近金属盖，从而满足上述用途的需求，替换白炽灯泡的难度也随之降低。
斯坦利电气的铝合金制LED基片向散热器导热的方式也进行了改进(图14)。LED基片由陶瓷散热器内侧的凸缘顶端支撑。由于其接触面积较小，因此依靠接触无法获得充分的热量传导。而且，陶瓷表面向空气的导热率虽高，但陶瓷内部的导热率偏低，这也会影响导热效果。
为此，该公司向散热器内部填充了高导热率的硅类填充材料，使LED基片的背面也与填充材料实现了接触。这一改进打通了LED基片经由填充材料向陶瓷散热器高效传导热量的途径。为了使填充材料与LED底板的背面紧密接触，组装方法也相应进行了改进。
由于生产准备过程花费了大量时间，斯坦利电气未能如期投产。成本虽然在决定投产时已经达到了最佳平衡点，但要实现低价LED灯泡的成本还是花费了时间。
*8：售价基本与新产品相同。
*9：斯坦利电气2009年3月发布时原本预定同年5月投产LED灯泡，但计划推迟到了同年8月供应样品、同年9月开始量产。该公司并不公开销售LED灯泡，销售由照明器具厂商和经销商负责。
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