LED研修班讲义20120224ppt1

1、LED与照明华树明2012-03-1Tel: 86-10-67709367Fax: 86-10-67709367Email: 内容p术语定义pLED与LED照明器具pLED的发展状况pLED照明应用所存在的问题p。p。p。p。1. 术语定义1.1照明相关术语1.2LED相关术语1.1 照明相关术语l光线和辐射l光通量l光通维持率l光效l功率因子l光强l照度l辉度l色温l显色性l平均寿命l灯具l自镇流灯l半灯具l灯具效率l防护等级l光束角l方向性照明1.1 照明相关术语光线和辐射l光是电磁波辐射到人的眼睛，经视觉神经转换为光线l是电磁辐射中能被肉眼看见的光谱部分l波长范围为380 nm 780

2、nm1.1 照明相关术语光通量l从辐射通量导出的量l根据辐射对CIE标准光度观测者的作用评价l是光源发射并被人的眼睛接收的能量总和l单位为流明 / lm1.1 照明相关术语光通维持率l灯在其寿命中一给定时间的光通量与其初始光通量之比l此期间灯在规定的条件下燃点l通常用百分比表示1.1 照明相关术语光效l电能转换为光能的效率l单位为流明/瓦lm/W1.1 照明相关术语功率因子l有效功率与视在功率的比值l0功率因子1。1.1 照明相关术语光强l可见光在特定方向角内所发射的光通量l单位为坎德拉 / cdl1 cd = 1 lm/单位立体角1.1 照明相关术语照度l光通量与被照射面积之间的比例系数l单

3、位为勒克斯 / lx1.1 照明相关术语辉度l眼睛从某一方向所看到的物体反射光强度l单位为坎德拉/平方米cd/m21.1 照明相关术语色温l光源所发出光的颜色与“黑体”在某一温度下的颜色相同时，“黑体”的温度称为该光源的色温l单位为开尔文 / Kl 5000 K，冷的感觉1.1 照明相关术语平均寿命l承受寿命试验的一批灯在规定的条件下燃点，当其中 50%的灯损坏不亮时所燃点的小时数1.1 照明相关术语灯具l凡是能按设计分配、透出或转变一个或多个光源发出光线的一种器具l包括支撑、固定和保护光源所必需的所有部件l不包括光源本身，以及必需的电路辅助装置和将他们与电源连接的设备。1.1 照明相关术语自

4、镇流灯l提供一个灯头、内装一个光源以及光源启动和稳定工作所需的所有附加元件的部件l除非永久性破坏，否则其部件不能拆卸l自镇流灯的光源部件是不能替换的l镇流器部件是自镇流灯的一部分，不是灯具的一部分，在使用寿命终了时自镇流灯即被丢弃l试验时，自镇流灯被看作常规的灯泡1.1 照明相关术语半灯具l类似于自镇流灯的一个装置，但设计使用一个可替换的光源和/或启动装置l半灯具光源元件和/或启动装置可方便替换l镇流器元件不可替换，每次换光源时不对镇流器进行处置l灯座用作电源连接1.1 照明相关术语灯具效率l灯具的效率也叫光输出系数l是衡量灯具利用能量效率的重要标准l是灯具输出的光能量与灯具内光源输出的光能量

5、之间的比例1.1 照明相关术语防护等级l灯具防尘、防湿气的特性等级l两个数字组成l数字越大表示其防护等级越高l第一个数字代表灯具防尘、防止外物侵入的等级 / 0 6l第二个数字代表灯具防止湿气、水分侵入的密封程度 / 0 81.1 照明相关术语光束角l垂直于光束中心线的平面上，光度等于50%最大光度的两方向的夹角1.1 照明相关术语方向性照明l工作面或目标物上光线主要来自单一方向的照明方式1.2 LED相关术语lLEDlLED芯片lLED控制电路lLED阵列lLED封装件lLED模块lLED光通量lLED光效lLED寿命1.2 LED相关术语LEDl发光二极管的简称l由PN结构成，具有单向导电

6、性l在正向导通时发光，把电能转换成光能。l发出的光场呈扇形分布，属于高指向性光源lLED的光输出受LED结构、材料和激发电流等因素影响1.2 LED相关术语LED芯片l已制作给定功能电路的半导体材料1.2 LED相关术语LED控制电路l连接电源和LED阵列的电子元件l用来限定电压和电流l实现LED阵列的亮度和开关控制1.2 LED相关术语LED阵列l印刷电路板上的一组LED封装件l存在光、热、电等界面l不包括电源和基座l不能与电路直接相连1.2 LED相关术语LED封装件l包含有焊接连线的一个或多个LED芯片的封装体l存在光、热、电等界面l不包括电源和基座l不能与电路直接相连1.2 LED相关

7、术语LED模块lLED光源的组成部分l包含连接到LED电源或驱动器的一个或多个LEDl光、电、机械组件都可能是LED模块的一部分l不包括电源l不能与电路直接相连1.2 LED相关术语LED光通量lLED的输出光通量l随LED颜色的不同而不同l受流经LED芯片电流密度的影响，电流越大，其产生的光通量越大LED光效l系统所产生的光通量与系统输入功率的比值 lm/W1.2 LED相关术语LED光效LED光效不断提高1.2 LED相关术语LED光效LED灯的预期性能：由DOE赞助的全工业会议/2002发布 1.2 LED相关术语LED寿命lLED的光输出随使用时间不断衰减l通常用LED产品光通维持率达

8、到70%和50%时的工作小时数来定义LED产品的寿命l在寿命时间内，LED不应出现超过四步麦克亚当椭圆范围的色品移动1.2 LED相关术语LED寿命室温下两种白光LED的光通量维持率/IESNA年度会议会议录1.2 LED相关术语LED寿命lLED产品的光通量衰减率随LED颜色和封装材料不同而不同lLED系统光通量的衰减与系统的散热设计和生产过程控制有很大关系l推荐灯具或者LED制造商给出光通量维持率曲线以明确指定在照明系统的预期工作时间内LED光通量的平均维持率 1.2 LED相关术语LED寿命LED结温对相对光输出的影响/室温下蓝光输出为基准内容p术语定义pLED与LED照明器具pLED的

9、发展状况pLED照明应用所存在的问题p。p。p。p。2 LED与LED照明器具2.1LED的分类及白光LED2.2LED的特性及性能参数2.3LED照明器具与传统灯具2.1 LED的分类按发光强度角分布图l高指向型l半值角 20，可做局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统l标准型l半值角为20 45，通常做指示灯用l散射型l其半值角为4590度或更大，一般作为视角较大的指示灯2.1 LED的分类按发光颜色l红、橙、绿（黄绿、标准绿和纯绿）、蓝、白光等LEDl根据发光二极管出光处添加或不添加散射剂、是有色还是无色，各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和五色散射等四

10、种类型2.1 白光LEDl普通照明中通常采用白光LEDl所谓白光，是由多种色光混合而成的光l人眼所能看见的白光至少需两种光混合，如蓝光+黄光二波长光或蓝光+绿光+红光三波长光2.1 白光LED白光LED的种类及发光原理 2.1 白光LED不同白光LED制备方法的优缺点 2.2 LED的特性l寿命和可靠性l安全性l环保性l响应时间l发光方向性l温度特性l半导体特性2.2 LED的特性寿命和可靠性l无玻璃、钨丝等易损可动部件，故障率低l采用环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎lLED半衰期为1万10万小时，平均寿命达10万小时2.2 LED的特性安全性l无热辐射，属于冷光源l不含汞、

11、钠等可能危害健康的物质lLED内置微处理系统，可以控制发光强度和调整发光方式2.2 LED的特性环保性l全固体发光体，废弃物可回收l体积小，可随意组合，便于安装和维护2.2 LED的特性响应时间lLED响应时间为60 ns，可用作汽车灯具的电源l由于LED反应速度快，可在高频下操作 2.2 LED的特性发光方向性lLED光源有不同的视角度，视角不能大于1802.2 LED的特性温度特性l85%电能转化为热能，进而会增大LED的结温，影响LED的发光效率l在灯具总成设计和制造工艺设计中，要考虑散热设计2.2 LED的特性半导体特性l属多元化合物半导体器件l电学、光学、热学和机械等参数指标的离散性

12、能大2.2 LED的性能参数l光学特性l电性能l热性能l辐射安全性l可靠性和寿命 2.2 LED的性能参数光学特性l涉及光谱、光度和色度等性能l包括发光峰值波长、光谱辐射带宽、轴向发光强度、光束半强度角、光通量、辐射通量、发光效率、色品坐标、相关色温、色纯度和主波长、显色指数等参数l显示用LED，注重视觉的直观效果，注重亮度、视角分布和颜色等参数l普通照明用白光LED，注重光通量、光束的空间分布、颜色和显色特性等2.2 LED的性能参数电性能lLED的PN结电特性决定了其单向非线性导电特性、低电压驱动以及静电敏感等特点l主要测量参数包括正向驱动电流、正向压降、反向漏电流、反向击穿电压和静电敏感

13、度等2.2 LED的性能参数热性能lLED的PN结温度及壳体散热是制约照明用LED发光效率和功率提高的因素之一l一般用热阻、壳体温度、结温等参数表示2.2 LED的性能参数辐射安全性lLED是窄光束、高强度的发光器件，其辐射可能对人眼视网膜造成伤害l国际电工委员会IEC将LED产品等同于半导体激光器的要求进行辐射的安全测试和论证 2.2 LED的性能参数可靠性和寿命l可靠性指标是衡量LED在各种环境中正常工作的能力l寿命是评价LED产品可用周期的质量指标，通常用有效寿命或终了寿命表示l照明应用中，有效寿命是指LED在额定功率条件下，光通量衰减到初始值得规定百分比所持续的时间2.3 LED照明器

14、具与传统灯具LED照明器具l由光源、驱动器以及用以光分配、光源定位和光源保护组件组成的完整的LED照明单元l可与电路直接相连l其中光源可以是LED阵列、LED模块或LED灯灯具l凡是能按设计分配、透出或转变一个或多个光源发出光线的一种器具l包括支撑、固定和保护光源所必需的所有部件l不包括光源本身，以及必需的电路辅助装置和将他们与电源连接的设备 2.3 LED照明器具与传统灯具LED照明器具不同于传统灯具lLED尺寸小lLED不是点光源lLED发光具有方向性lLED照明器具不同于传统灯具的通道特性 2.3 LED照明器具不同于传统灯具LED尺寸小l照明器具设计中，可根据照明对象和光通量的需求，决

15、定灯具光学系统的形状、LED的数目和功率大小，在最大程度上优化照明系统的照明特性l可以将若干个LED发光管组合设计成点状光源、环形光源和面光源等，并在此基础上设计照明器具2.3 LED照明器具不同于传统灯具LED不是点光源l点光源的光强度满足平方反比定律l单位面积上物体所接受的光的强度，与物体和光源之间距离的平方成反比lLED的发光特性不满足平方反比定律，决定了相应照明器具的光学特性不同于传统灯具2.3 LED照明器具不同于传统灯具LED发光具有方向性l嵌入式顶棚下射灯、槽灯和橱柜下照灯等应用中，光通量的应用效率大于各方向发光的传统光源传统光源作为嵌入式顶棚下射灯应用效率低 2.3 LED照明

16、器具与传统灯具LED照明器具不同于传统灯具的通道特性lLED热能不以热辐射的形式向外传输，而是通过LED结构中的热通道进行散热l不同于传统灯具，LED照明器具中热通道和光通道方向相反 l降低芯片到封装的热阻抗l抑制封装至印制电路基板的热阻抗l提高芯片的散热流畅性内容p术语定义pLED与LED照明器具pLED的发展状况pLED照明应用所存在的问题p。p。p。p。3 LED的发展现状3.1现有LED的性能3.2LED的研究现状3.3DOE的举措3.4AC-LED的发展3.5LED在国内3.1 现有LED的性能LED的色温、显色指数及其相应光效传统光源的颜色特性和光效 *能源之星标准 不同色温和显色

17、指数下LED光源的光效 表中光效数据为扣除驱动损失和热损失 3.1 现有LED的性能LED与传统光源的光效对比LED与传统光源的典型光效范围DOE在其白光LED研究和发展的长期计划中提出，到2025年商品化LED产品的光效需达到160 lm/W产品的系统系统效率达到50%很好地再现日光光谱3.2 LED的研究现状LED技术的部分相关研究3.2 LED的研究现状LED技术的部分相关研究3.2 LED的研究现状进行中的部分LED项目3.2 LED的研究现状Cree公司LED系列下射灯产品性能3.3 DOE的举措lDOE LED示范工程lDOE CALiPER项目lDOE奖项3.3 DOE的举措DO

18、E LED示范工程l检测工况下LED照明产品的寿命、光学性能、节能性和成本，记录使用者的反馈信息l为大量LED产品的消费者提供参考 美国明尼苏达州明尼阿波利斯市I-35W桥LED路灯示范工程 3.3 DOE的举措DOE CALiPER项目l针对固体照明技术的快速发展及市场上固体照明产品性能的差异性l提供可靠且无偏见的产品性能信息以鼓励高效能固体照明产品的市场推广l测试结果只允许用于非商业或教育目的l指导DOE的SSL研发和市场引入活动，包括能源之星项目计划l支持DOE的固体照明产品示范工程活动l向公众提供客观的产品性能信息，帮助消费者增强对新型固体照明产品的信心l指导固体照明产品可靠标准化测试

19、程序的开发和应用3.3 DOE的举措DOE奖项lL PrizelLighting for TomorrowlNext Generation Luminaires3.3 DOE奖项L Prize用以激励工业界开发替代60W白炽灯和PAR 38卤素灯这两种今天所普遍应用的低效照明产品的新技术使21世纪的照明产品具有超高的效能和使用性能 3.3 DOE奖项Lighting for Tomorrow由DOE、美国照明协会（ALA）和能效联盟发起最初设立于2002年，用于荧光灯领域2006年该奖项拓展到了固体照明领域，用以鼓励高效住宅照明设计的革新 3.3 DOE奖项Next Generation Lu

20、minaires由DOE、北美照明工程协会和照明设计国际联盟发起用以奖励商业用途的高效LED照明器具的优秀设计3.4 AC-LED的发展l首尔半导体 lSeoul semiconductor，Acriche系列产品l台湾工研院 lITRI, The Industrial Technology Research Institute of Taiwan3.4 首尔半导体 AC-LEDSeoul semiconductorAcriche系列产品性能3.4 台湾工研院 AC-LED晶片式交流电发光二极体技术On Chip AC LED Lighting Technology台湾工研院于2008年10月

21、3日与包括Epistar, Liteon, Forward和Tyntek在内的19家公司成立了AC LED应用联盟被评为2008全球百大创新技术之一3.5 LED在国内工业和信息化部行业运行报告l2008年1月11月我国照明器具制造总产值达1726.9亿元，同比增长20.9，累计产销率为96.2l2008年1月11月我国照明器具出口总额为148.8亿美元，同比增长20.3。其中，白炽灯泡的出口数量累计为143.6亿只，同比减少33.43.5 LED在国内lLED芯片lLED室内灯具lLED路灯lLED工程应用3.5 LED在国内-芯片3.5 LED在国内-室内灯具东莞泽昊日光灯参数3.5 LE

22、D室内灯具上海子通LED射灯参数3.5 LED在国内-室内灯具上海亿奈射灯性能中山万代射灯性能3.5 LED在国内-路灯AGELONG LED路灯性能3.5 LED的工程应用l水立方l“水立方”是全球唯一全部选用LED高科技照明设备的奥运场馆l鸟巢/奥运会3.5 LED的工程应用照明设计中所使用LED照明器具分单模组和双模组两种，分别内置8颗和16颗大功率LED灯泡百余平方米的“大泡泡”，用100套双模组五六平方米的“小水泡”，用五六套单模组LED照明器具“潜伏”在双层ETFE膜结构的夹层中灯光自下而上照射水立方3.5 LED的工程应用鸟巢lCree公司LED照明设备主要运用在鸟巢内部的两个装

23、置上，即主会场后的大屏幕与主会场照亮地面的LED面板中l在奥运会的开幕式上也使用了大量的LED3.5 LED的工程应用开幕倒数计时用的2008个缶缶采用了LED光源来点缀使用了触碰感应LED发光体奥运开幕倒计时3.5 LED的工程应用会场空中升起的奥运五环使用了45,000颗LED这些LED在开幕式的夜空中同时点亮 奥运五环3.5 LED的工程应用开幕式中放飞和平鸽表演者身上使用了电池与LED光源每个人身上约有20多颗亮眼的LED 放飞和平鸽内容p术语定义pLED与LED照明器具pLED的发展状况pLED照明应用所存在的问题p。p。p。p。4 LED照明应用所存在的问题4.1照明用白光LED技

24、术不成熟4.2LED照明器具设计不同于传统灯具设计4.3LED性能的测试方法不完备4.4LED性能检测标准不统一4.1 照明用白光LED技术不成熟l光通量l针对特定的应用场合，提高白光LED的光通量，以满足不同条件下的光通量需求l发光效率lLED产品的发光效率和光取出效率有待进一步提高l色温lLED产品的色温普遍偏高，作为照明应用，其色温范围为25006000，最好达到25003500l显色指数l尽可能提高白光LED的显色指数，保证其更好的演色特性l稳定性l用于照明的白光LED波长和光通量均要求稳定，稳定程度应依照明场合的需求而定4.2 LED照明器具设计不同于传统灯具设计lLED光源发光方向性和热特性不同于传统光源lL