外壳作为灯具产品的混光层和保护层，也影响到灯具产品的使用效果和寿命。现在所用的工程塑料一般是PC(聚碳酸酯)，它的抗老化、防紫外线、抗冲击效果是***好的。也有用PMMA(亚克力)的，其耐候性稍差一点儿，且脆性较大易碎。PC材料本身是无色的，根据需要添加不同的色剂就可加工出不同颜色的PC管。一般常用PC管有透明和乳白两种。透明管的亮度比乳白管高，但乳白管的混色性优于透明管。

室外照明灯具的工作环境比较恶劣，易受风吹雨淋、阳光中的紫外线照射、昼夜温差变化、空气中的沙尘、化学气体等因素影响，在设计时应充分考虑这些因素。

LED灯具外壳和散热器设计为一体，用来解决LED的发热问题。这种方式较好，一般选用铝、铝合金、铜、铜合金或导热性良好的其他合金。散热方式有空气对流散热、强风冷却散热和热管散热(喷气制冷散热也是类似热管散热的一种方式，但结构更复杂一些)。选择什么样的散热方式，对灯具的成本有直接影响，应综合考虑，与设计产品配套，选出***佳方案。

灯罩的设计选材也是至关重要的，目前使用的材料有透明有机玻璃、PC等。传统的灯罩是透明玻璃制品。究竟选择哪种材料的灯罩与设计的产品档次定位有关。一般来说，室外灯具的灯罩***好是传统的玻璃制品，它是制造长寿命、******灯具的***佳选择。采用透明塑料、有机玻璃等材料制作室内灯具的灯罩较好，用于室外时则寿命有限，因为阳光、紫外线、沙尘、化学气体、昼夜温差变化等因素会使灯罩老化，寿命缩短，其次是被污染了以后不易清洁，使灯罩透明度降低而影响光输出。

(1)散热设计

灯体的热结构设计是制作LED灯具的另一个不容忽视的问题。虽然LED是冷光源，工作时自身不是灼热体，但电流流过LED时产生的电阻热还是会使灯体升温，由半导体材料制作的LED在高温下会迅速老化，光效下降。要减缓LED的光衰，使半导体灯有长的使用寿命，必须降低LED芯片的结温。要降低结温，就要降低灯体温度，并且要减小LED芯片与灯体之间的热阻，这就要求解决好LED灯具的散热问题。

解决散热问题主要靠设计合理的灯体结构。一种解决方案是使用2~3mm的铝基板，将大功率LED直接安装在铝基板上，各LED之间用引线相连。对于小功率LED，可以按照所用LED的数目在铝基板上打好孔径和LED外径相同的孔，再将LED镶嵌到铝基板上，各LED引脚在铝基板后面相连。灯具的外壳也用金属材料制作，装好LED的铝基板和金属外壳应紧密配合，这样LED工作时产生的热量可以通过铝基板传导到金属外壳上，而金属外壳暴露在空气中，热量就可以通过辐射和对流方式散去。暴露在空气中的金属外壳的表面积要按照约每瓦50cm2考虑。为了既减小灯具的体积又保证较大的散热面积，灯具外壳应该是带肋条的散热片结构。

LED的***高结温和热阻造成的LED芯片和封装之间的温差是热设计时***主要的考虑因素。对于大功率LED来说,1W的大功率LED的热阻约为20℃/W，也就是说，给标称功率为1W的LED输入1W的电功率时，它的结温比封装外壳的温度高20℃。3W的大功率LED的热阻约为15℃/W，输入3W的电功率时它的结温比封装外壳的温度高45℃。因此，要使得用3W的LED制作的灯具和用1W的LED制作的灯具的LED结温相同，用3W的LED制作的灯具的温度就应该比用1W的LED制作的灯具更低。反过来说，如果灯具温度相同，则用1W的LED制作的灯具的LED结温比用3W的LED制作的灯具的LED结温低。从这个意义上说，采用3只1WLED制作3W的LED灯比用1只3W的LED制作灯具更有利于降低LED的结温，并且3只1W的LED发出的光通量比1只3W的LED发出的光通量高。因此，用大功率LED制作半导体灯具时要合理选择LED。

为了减少LED产生的热量，要选用光效高的LED制作大功率LED灯具，因为在输入定的电功率时，光效高的LED的光能量高，发出的热能量必然少，这样就可以减小散热片的面积LED芯片和涂敷的荧光粉都是在几百度的高温条件下生产出来的，本身有一定的耐温能力。但是，LED的封装和芯片之间存在热阻，这个热阻使LED在使用时封装和芯片之间出现温差，LED芯片的温度会高于封装外壳的温度

由于LED生产技术的进步，大功率LED内部的热阻越来越小，目前1W的LED的热阻普遍在15℃W以下，也就是说给1W的LED输入1W的电功率，LED芯片的温度比封装外壳只高15℃。按照目前LED芯片材料的耐温水平，LED芯片的温度不超过150℃时就能长期安全地工作。这样推算，封装外壳温度为135℃时可以安全使用。但是，由于封装材料的限制，实际使用中封装外壳的温度***好不超过70℃，这样LED芯片的温度只有85℃，LED的透明封装材料也不会快速老化，可长期稳定工作。因此，没有必要将LED灯具工作时的温度降得很低，但必须减小LED芯片封装外壳和灯体外壳之间的热阻，这样就可以以比较小的体积和比较低的成本生产性能稳定的LED灯具。

要有效地散热，减小LED灯具的体积和生产成本，灯体必须有合理的散热结构。问题是怎样合理地把LED产生的热量传导到外壳上，怎样有效地增大外壳和空气的接触面积，并且有利于空气在外壳表面上的流动。这些就是灯体热结构设计要解决的问题。

根据光通量与辐射通量的当量关系,1W的辐通量在***理想的情况下(黑体辐射)可能产生683m的光通量。所以，即使LED的光效达到2001mW，也不能将全部能量转化为光输出，而其余的都转化为热能。从长远看，LED灯具的散热问题将是一个长期存在的问题。

目前LED灯具的散热方式主要有：自然对流散热、加装风扇强制散热、热管和回路热管散热等。加装风扇强制散热系统复杂，可靠性低，热管和回路热管散热方式的成本高。因此，应采用空气自然对流散热方式。在LED灯具的散热设计中可能存在以下问题。

①随意设定散热翅片面积，使散热翅片布置方式不合理；灯具散热翅片的布置没有考虑到灯具的使用方式，影响到翅片作用的发挥。

②强调热传导环节，忽视对流散热环节。尽管众多的厂家考虑了各种各样的措施，如热管、回路热管、导热硅脂等，但没有认识到热量***终还是要依靠灯具的外表面散发。

③忽视传热的均衡性。如果翅片的温度分布严重不均匀，将会导致其中一部分翅片(温度较低的部分)没有发挥作用或作用有限。

在自然对流的散热鳍片的设计上，考量重点包括鳍片的厚度、鳍片的数量、鳍片间的距离、材料的选用等。过密或过疏的鳍片都不是***佳的设计，因为过密的鳍片与空气接触的面积太小，会造成热量不易散出，过疏的鳍片也会使热量不容易散出现在LED灯具的散热方式一般多采用导热板方式，即采用一片5mm厚的铜板(均温板)，把热源均温掉；也有加装散热片来散热的，但是质量太大。

环境温度在40℃时***差自然对流条件下的光源散热模拟图，散热器的外形尺寸为600m×440mm×54mm，此时可基本保证大功率LED的结温为68.6℃+20℃=886℃C90℃，因此，该散热器的体积和面积能够保证大功率LED充分散热。

要确保大功率LED的安全使用，保证光源及电源的散热条件，灯具的尺寸会做得较大，从而增加了设计难度，相对成本也会提高。要设计高性能的LED灯具，首先要做好灯具的散热设计，然而散热和灯具的安全防护又是一个矛盾，在设计中应针对这对矛盾进行研发。

可利用铝合金型材设计LED灯具的散热系统，将一块305mmx500mm的AA6063平板散热器型材和不锈钢外框组合，将LED粘贴在铝基板上制作成模块，在模块的底部涂抹导热膏并用螺钉固定于铝合金型材散热器平板上。此种结构的LED灯具的热传导和散热效果均佳，能将LED所产生的热量迅速传导到散热器上，再由裸露在空气中的散热鳍片散发到空气中，由流动的空气带走热量，但是由于整个灯具是由多个部分组合而成的，产品的一致性差，在防渗水安全上仅靠防水胶是极不可靠的，所以，在防护等级上达不到GB70001-2002和GB70005-2005的要求。更主要的是所有的LED均安装在一个平板上，无法对灯具进行合理的配光，故仍有待进一步研发。

若利用传统的灯具改制LED灯具，采用铝型材制作散热器，将整个光源和驱动电路装入铝合金灯壳中，则虽然解决了灯具的防护等级问题，但是整个光源位于密闭的灯壳中，灯具在工作中所产生的热量无法散发到空气中，导致LED模组和驱动电路在极恶劣的环境中工作，工作温度急剧升高。随着温度的升高，LED会出现光衰甚至损坏，驱动器也会因温度过高而损坏，降低了LED灯具的可靠性，缩短使用寿命。

LED灯具散热与防护是一个行业性的难题，应在材料选择、结构设计方面进行优化设计。