【拆解】新型LED燈泡內部構造揭秘（一）：燈泡的下半部為散熱部件
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| 圖1：低價LED燈泡東芝照明與夏普陸續上市了價格約為以往一半，即零售價不到4000日元的普通燈泡型LED照明（LED燈泡）。為了防止發光效率下降、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製造的散熱器。（點擊放大） |
以發光二極體（LED）為光源的照明器具憑藉功耗低、壽命長的特點逐漸開始在市場上滲透。其中，意欲替代白熾燈泡、燈泡型螢光燈等傳統燈泡的燈泡型LED照明（以下，簡稱LED燈泡）近來更是備受關注。因為按照LED壽命計算的燈泡的單位時間價格已經與傳統燈泡相當，所以，有望在普通家庭中加速普及。
率先推出低價LED燈泡的廠商是夏普。夏普于2009年6月11日宣佈，該公司將以實際售價不到4000日元的低價格為賣點進軍LED燈泡市場。這一價格的設定非常具有衝擊力，約為當時LED燈泡市售價格的一半。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，于夏普產品發佈的11天之後，即6月22日發佈了與夏普同在7月15日上市的新型低價LED燈泡產品*1、*2。
燈泡的下半部為散熱部件
低價格化並不意味著LED燈泡可以拋棄功耗低、壽命長等特有的優點。而且，產品要想立足於市場，還需要具有較高的散熱能力。
LED燈泡發出的光線中紅外線成分少。因此，與白熾燈泡、燈泡型螢光燈相比，光線照射部分升溫較慢*3。但LED自身會發熱，所以散熱對策不可缺少。一旦超過LED晶片的容許溫度，LED的發光效率就會下降，對燈泡的壽命也會產生不良影響。
從外部來看，LED燈泡的特徵可以說是提高了散熱性的結果。從側面看LED燈泡，整體下側的一半以上為散熱器（圖1）。東芝照明、夏普都採用了鋁合金鑄件製造的散熱器。
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、樹脂殼等的內部安裝空間會隨之減少*4。
東芝照明的散熱器內部空間為圓柱形，夏普產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，把電源電路底板安裝在燈泡殼體上。
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| 圖2：LED燈泡的主要結構東芝照明LED燈泡散熱器（外殼）的圓筒側面有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（但側面大部分鏤空）樹脂殼A中。（點擊放大） |
LED晶片是LED燈泡的最大熱源，在燈泡中是把複數個LED晶片封裝在一起，然後安裝在鋁合金製成的基片上的。這種鋁合金的LED基片被固定在散熱器的上部。夏普的產品中，LED基片與散熱器之間還夾有金屬板。
本文將結合東芝照明產品及夏普產品的LED燈泡拆解圖，詳細介紹其內部構造。（未完待續，《日經製造》拆解組）
*1：夏普最初預定的上市時間為2009年7月15日。但該公司于7月9日發佈了因「預定超出預計」而延期上市的決定。支援調光器、配備調光/調色功能的LED燈泡將於同年9月1日，其他LED燈泡將於同年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」展會上參考展出了燈泡型LED，但截至2009年8月上旬，該公司「還沒有投產的具體計劃」。
*3：LED燈泡光線中紫外線區域的成分也比較少，因此還具有不吸引紫外線敏感昆蟲的優點。
*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）。東芝照明在確定葉片的間隔和高度時參考了散熱器周圍的空氣流動（對流）
【拆解】從內部構造看松下LED燈泡的與眾不同之處
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| 圖1：松下發佈的燈口為E17型的燈泡式LED燈。中央部分的黃色四角形物體是白色LED封裝。(點擊放大) |
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| 圖2：燈泡式LED燈的截面結構。在底部形成白色和黃色雙重結構的物體是白色LED封裝。(點擊放大) |
形成群雄割據的局面後，對各公司來說「實現產品差異化的關鍵是什麼」這一問題就變得越來越重要。在上述廠商中，最後涉足LED燈泡市場的松下提出的實現差異化的要點是「業界第一的節能水準」（該公司）。綜合效率（包括光源和電源電路在內的整個燈泡的發光效率）方面，松下的輸入功率為4W的產品（亮度相當於40W的白熾燈）高達85.0lm/W，輸入功率為6.9W的產品（亮度相當於60W的白熾燈）高達82.6lm/W。而夏普的燈泡式LED燈的綜合效率為74.7lm/W（亮度相當於60W的白熾燈）。
松下表示，為了獲得較高的綜合效率，採取了提高封裝和燈泡之間的緊密性、降低熱阻等措施，使發光時的白色LED封裝溫度不易上升。另外，白色LED封裝還採用了考慮到散熱的設計。LED一般為元件溫度越高發光效率（光源）越低，因此散熱性的高低是決定性能的重要條件。仔細觀察白色LED封裝就會發現，與在燈泡式LED燈方面先行一步的東芝照明和夏普的產品相比，松下的封裝方法和形狀與之大不相同。
配備的白色LED封裝只有1個
夏普和東芝照明在燈泡中封裝了4～6個約5mm見方的白色LED模組。而松下在每個燈泡中只配備了1個白色LED模組。該公司採用的白色LED模組在燈口為E17型的產品型號中是邊長為20mm左右的正方形，在燈口為E26型的產品型號中是邊長更長的正方形。作為白色LED模組，可歸為較大的類型。白色LED模組在散熱性出色的陶瓷底板上安裝了多個藍色LED晶片，並在其中組合使用了黃色螢光體材料。此次採用的白色LED模組由日本豐田合成製造，模組中的晶片個數沒有公佈。
採用大型白色LED模組的好處是，可大範圍地獲得模組的散熱面積。這樣一來，就便於熱量從白色LED模組向燈泡發散，可盡量抑制發光時模組內藍色LED晶片溫度的上升，從而將發光效率保持在較高狀態。要想充分發揮這一效果，提高封裝和燈泡之間的緊密性等燈泡方面的改進必不可少。
大型白色LED模組此前也有過。例如，西鐵城電子公佈了配備24～72個藍色LED晶片的產品，IDEC公佈了配備27個和55個藍色LED晶片的產品。在大型LED模組中，東芝照明曾經在演播室用聚光燈中配備了帶有1000個藍色LED晶片的75mm×56mm大型白色LED模組。大型白色LED模組的輸入功率一般都在5W以上，甚至還有很多超過10W的產品。
不過，在燈泡式LED燈中配備大型白色LED模組的例子很少見。因為夏普和東芝照明燈採取的使用多個輸入功率為1W級白色LED模組的方法，「受到了照明器具廠商的青睞」（某LED廠商）。燈泡式LED燈的設計自由度得以提高，而且1W級型號的供貨量較多，因此估計價格已趨於平穩。松下此次將出色的散熱性以及由此帶來的高發光效率放在了優先位置。
顯色性指數略遜一籌
松下的產品獲得了較高的發光效率，而另一方面評測顯色性（照明在照射到物體時的顯色能力）的數值——平均顯色指數（Ra）與大多超過74和80的其他公司產品相比略遜一籌。一般來說，在藍色LED晶片組合使用黃色螢光體的白色LED模組中，紅色的光強度較弱，因此紅色的顯色性較低。這就造成了Ra的降低。雖然改良螢光體、增加紅色就會提高Ra，不過這樣一來發光效率就會降低。
對於這一點，松下並沒有犧牲顯色性。該公司解說員在產品發佈會上表示，「雖然在Ra數值中沒有表現出來，不過我們改進了螢光體，以使人體的皮膚顏色和金槍魚的生魚片顏色等看起來比較鮮艷」。在現階段，燈泡式LED燈的綜合效率和發光效率等能源效率以及價格是各大廠商的競爭點，今後除了這些以外，顯色性的高低也將成為實現差異化的關鍵。屆時的課題將是如何宣傳沒有在顯色性數值中表現出來的效果。可以說，對同時兼顧高發光效率和Ra的螢光體的需求依然很高。（記者：大久保 聰）
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