大功率LED照明灯具性能研究文献综述

1、文献综述题目大功率LED照明灯具 光学性能研究刘英超学生姓名专业班级电子科学与技术08-1班号学 200811010126技术物理系运指（系）院高谦（讲师）导教师职称（完成时间2012年6月1日大功率LED將明灯具光学性能研宪班级：电子科学与技术08-1班姓务刘英趙学号：200811010126大功率LED照明灯具光学性能研究本文通过对大功率LED在城市照明灯具设计应用中遇到的实际问题的详细分析,结合LED领域的技术现状和行业特性，讨论了 LED灯具设讣时拯待解决的系列 问题。建议在加强行业合作和标准规范的同时，灯具制造企业对灯具进一步合理科学的 优化设计时，必须依赖于LED研制单位，力求在L

2、ED封装时，能够在思路上大胆 创新，除了提高发光效率，在光学特性和结构方面能为灯具设讣者考虑得更多，这样才 能从根本上解决实际问题。以期共同克服制约LED应用和发展的瓶颈，共同推动LED照明产业的更加繁荣。1大功率LED照明灯具的现状和优势人类照明的光源先后经历了 口炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯三个时代。LED 强，环 电量少、使用寿命长、安全可靠性作为第四代新光源，具有发光效率 高、耗产生了 LED光源照明技术在城市灯光环境建设中，保等优良特性。许多 城市已经利用列。山&好的效果，像护栏照明、广场照明、庭院照明、投光照 明、水下照明等系系统有着LED技术的日臻成熟，光源城市道路照明

3、于LED 光源的显著优点和0光LED。重大意义广阔的应用前景。对节省建设资金， 缓减用电矛盾，构建节约型社会具有解决传统球节能，安全性高：(l)LED光源如果设计合理，很大程度上可以 直接状光源必须依靠光发射来解决的二次取光及光损耗问题。所以灯具反射损失 低，灯具整体光效高，如果采用PWM数字调光系统，更省电；U前白光LED的发光 效率约为801m/W,较传统高压钠灯可以节电50%60%。如果和太阳能系统直接配套, 无需额外的逆变、转换过程，能达到最大的能源利用率。(2) 低维护成本，安装维护简便：如果灯具整体设计合理，大功率LED光源理 论上可以正常使用10年不用更换，而传统高压钠灯平均1年

4、半就要更换一次，所 以可以大大降低维护成本。同时采用LED路灯除了在单灯成本及最初安装的造价比高 压钠灯高外，在铺设成本、耗电成本及寿命方面均大大优于高圧钠灯。山于驱 动电流小、电缆、变压器和工程费用也相应的减少。(3) 显色性佳，配光容易：LED的显色指数高(7590),基本上接近自然光。光 色可以人为控制，可以通过配光满足不同照明领域的需求。对光照射区域的光色 均大功率LED照明灯其光学性能研究 班级：电子科学与技术08-1班 姓名：刘英超 学号：200811010126匀度可控，能够避免传统光源单调色的现象。(4) 环保，便于管理：LED光源无辐射，更不会造成光污染；使用寿命长，不需 。

5、要经常进行更换，管理维护方便2现阶段LED灯具性能上的缺陷 发光效率较低，壳度不足，灯具的成本高：U前虽然试验室水平大功率白(1)光LED的发光效率已经超过了 lOOlm/W,但量产的、性价比高的大功率白光LED 发光效率还在801m/W左右，在灯具设计中如果要提高整体的灯具亮度指标，势必 要增W加LED的数量，从而增加灯具的成本。(2) 地面对LED光的反射率低：山于U前白光LED光谱特征，路面及周边物体对 其反射率低，特别是沥青路面，虽然地面的照度指标能达到要求，但路面的亮度 较低，与钠灯的黄光相比，这是它的一个弱点。输出功率及光通量的提高要从大 功率口光LED的外延技术、芯片工艺等基础层

6、次进一步提升。(3) 当前技术下LED的光通量还不够大，光效太低，色温不易控制，造成灯具 的整体品质难以保证；灯具的稳定性，可爲性难以保证：有效光的照明角度偏小、 分布不均匀，光学、散热设计复杂。3大功率LED在灯具设计中面临的技术问题从口前市场上的LED灯具的分析结合实际的设计过程，大功率LED灯具U前存 在的制约其应用的主要技术难点有以下儿个方面。这也是灯具制造企业和LED 研制单位共同关心的关键问题。3.1二次光学设计难度大LED照明属于点光源，因此其光学设讣，包括初级透镜或反光装置的设讣和二 次光学的设讣等是一大应用难。LED路灯存在的特殊要求主要是LED光强和 发点光肩度的设计，多颗

7、LED组合时，必须考虎出光照射的区域。山于LED的光辐 射形式有朗伯型、侧射型、蝙蝎翼型和聚光型儿种。在道路照明领域，根据设计经验 朗伯型和蝙蝎翼型比较适用，通过合理的二次光学设计，能使LED的光照范W、 配光曲线基本上符合道路照明的需求，但是很难做到理想化。图1和图2的 光学结构为U前路灯普遍采用的二次光学设计方案，但在细节上均存在着光损问题和路面分 布不均匀的宿况。当然也有些厂家采用直接出光（无二次光学系统）的方法，虽然可 以O解决一些问题，但有相当一部分侧射光口口浪费大功率LED照明灯具光学性能研究班级：电子科学与技术081班姓名：刘英超.200811010126 学小320081101

8、0126班姓名：刘英趙学号：大功率LED照明灯具光学性能研丸班级：电子科学与技术08-1图1抛物线的光学系统图2透镜的光学系统山于LED本身的发光原理和体系结构造就了在二次灯具应用设讣中再次突破和 创新受到极大的限制。当然，这方面诸如青蛙复眼原理的全向发光等方面的研究 有待于进入应用领域。P3.2光均匀性差大功率LED光源灯具U前普遍采用两种成熟的方案，一种是使用小功率支架型 LED作组合，一般多达上百颗其至数百颗，电源设讣复杂。另一种是使用大功 率LED管作阵列排布，效果较理想但价格相对高些。在城市道路照明灯具设计中， 虽然通过两种方案都解决了亮度不足问题，但山于路灯照明是远距离，大范 的覆

9、盖，所以U询的LED路灯普遍存在路面光均匀性差，形成斑马纹，“暗带”“亮带” 现象tioo单个LED存在个体之间存在色差误差，多个组合时，色差问题就很突db 虽然可通过配光改善光色，但是要彻底达到理想的自然光效U前还处在摸索阶段。33灯具的散热结构设计有待进一步突破和提升山于LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以散热是LED路灯需要II O LED路灯亮度要求高、发热量大，并且户外的使用环境本身点解决的问题本身LEDLED快速老化，稳定性降低，除了需要比较苛刻，如果散热不ft会直 接导致 散热具有好的散热结构外，应该将路灯的壳体做为散热的重要渠道。一 般设计时将 热。散2如图1和图的

10、结构）这样有利于空气的自然对流（面位于侧 上面且加散热站片图但是这就要求灯具必须有足够的散热面积从而增加了灯具 的体积。如果釆用3风孔用风釆式对流的散热方案，则可以适当缩小灯具的体积。 U前正在实验阶段的还有4大功率LED照明灯具光学性能研究班级：电子科学与技术08-1班姓名：刘英超学企200811010126 扇辅助风冷大功率LED照明灯具光学性能研究班级：址子科学与技术08-1班姓 刘英超学号：200811010126 和毛细管水冷的方案，期待能很快的得以应用。.图3 种风孔式对流的散热系统3.4灯具的外观造型受到限制山于LED灯具需要较好的散热系统，加之LED光源的单向性，使得灯具的外观

11、 造型和材料的选用上都受到了很大的局限，很难作到流线型的外观。且要达到 IP65O的防护等级要求，这些都得从加工工艺上来保证123.5缺少相关标准和行业政策的支持虽然部分企业联合学术界对LED路灯相关问题进行了研讨，但还无相关行业标 准规范，无法全面推广，造成LED生产厂家和灯具生产厂家存在技术上的衔接障 碍，儿个主要参数如色温、显色性(显色指数)和眩光等尚未明确的规定。4对LED照明产业的期望和建议现有的路灯标准是建设部新制定的“城市道路照明设计标准” (CJJ45-2006),于。在此，相关部门应组 路灯的问题7月1日开始执行，其中未提到使用LED2007 年Z织有关人员认真讨论，采用LE

12、D路灯能否符合上述设计标准或需要提出哪 些补充修改意见作为正式的标准规范要求。另外，应该尽快制定适合LED路灯的道路路面测试方法标准，制定LED路灯的 灯具(含LED灯)标准，提出LED路灯的主要参数包含色温、显色指数、眩光、 发光 强度(或照度)、角度以及热阻和可靠性等指标要求，制定LED路灯的灯具测试 方法标准，建立公正的权威的LED路灯相关检测机构。少随着LED照明技术在路灯上的进一步应用，其自身技术上的特殊要求主要体现 在以下两个方面：首先，要有良好的发光效率稳定性和流明维持性，不能衰减太 快。其次，光色的一致性和可维持性要好，不能因为较长时间使用而光色发生变化。42008110101

13、26学鬥、 08-1 SI姓名：刘英趙大功率LED照明灯具光学性能研究班级：电子科学与技术热效果，提高封装企业做到了这两点，灯具生产企业设计时做好灯具的整体散 LED作为城市路灯照明的主体才有可能得到行业的认同L二次光学设i|的效果, 这样ED和支持g竭尽全用除了灯具制造企业在LED城市照明灯具的设计与应。所以建 议：生产和力进行各种优化设计，发挥更多的创新和突破外，主要的任务还得依赖 LED品片和封装技术上能够有所突破。特别是制约U前其应用的最大研发机构 来从LED O特别是在提高散热效障碍和瓶颈的光学方面的缺陷，迫切需要进 行改进和提升g率、驱动控制系统优化、配光设讣方面还有非常大的提升空

14、间， 还有大量的研发工作需要深入开展。LED照明要完全取代大功率的高压钠灯、高压汞灯、金卤灯 等光源，还需业界共同携手来进一步的研究和探讨，LED光源生产厂家更要结合路灯 行业的实际悄况，生产符合路灯的实际使用工作环境所需的光源，尽可能的去解决 LED光源在照明应用中存在不足，真正让LED大功率照明得以广泛的应用。5200811010126学号：班姓名：刘英趙LED照明灯具光学性能研究班级电子科学与技术081大功率参考文献p31-34(2004)LED.灯与照明.bL2&No2崔元日，潘苏予第四代照明光源口光 今日 电了，2007(12).62-64.照明灯的发展槪况J. 2方佩敏.L

15、ED资与新科技(2004.8).21世纪的节能新光源，中国创业投3易安.半导体照明一No.3(2003).LED现状和问题，光源与照明，刘行仁，薛胜,黄德森白光4bl.l2,p58-59(2000).LED白色照明光源，国际光电与显示，5方志烈.2008.浙江人学，杭州的 二次配光设计D. :6梁程远.LEDHS.-, 2007,33(1):110均匀照明系统几光学技术7杨毅. 一种新型的基于非成像光学的LED bl.43,No.tpl-9(2(X)2).LED的开发和应用，光电技术，王尔 镇，王春锋.白色8装备制造技术.2010(3):53-55.日光灯的设计J. 9刘彦.一种新型LED华南

16、理工大学,2008. 广州:.大功率LED道路照明系统的设计与实现D10陈焕杰(2):6-10.中国照明电器，2009.9 . LED道路照明灯具散热系统分析J.张万路，江竊，江程11 DESIGN&APPLICATIONELECTRONIC LED 日光灯设计技术J. 12严重光.基于 PT4107 的CHINA 2009(9):76-79.ELECTRONICSVORLD-NIKKEI1989. York. collection noniniaging opticsJ. AeadeniicNew 13 W.T.Wolfbrd. R.Winston.High14 John Bortz.Narkis Sha