LED照明说明及产业动向

1、LED照明的理解及产业动向目目 录录 概概要要 LED LED照明用照明用语语理解理解 LED LED照明的照明的构构成成 LED LED灯具灯具开发开发要素要素 太太阳阳能路灯能路灯 LED LED照明照明产业趋势产业趋势目目 录录 概概要要 LED LED 照明用照明用语语理解理解 LED LED 照明的照明的构构成成 LED LED 灯具灯具开发开发要素要素 太太阳阳能路灯能路灯 LED LED照明照明产业趋势产业趋势概要概要 _ _ 社会变革的流向社会变革的流向产业社会知识基础社会感性社会光电子机械汽车电脑未来社会概要概要 _ _ 第第5050能源能源LEDLED火石油原子能氢/太阳能

2、源节约概概要要 _ _ 产业环产业环境境China Electricity Council TEPCO(东京电力)日本电力不足中国电力不足11月10年02月01月03月 04月12月389389377393366383453353345362314310电力生产量 (GW) 电力消耗量 (GW) 东京电力整体供给区域东京电力首都圈供给区域预计消耗量60GW预计生产量54GW预计消耗量15GW预计生产量14GW-10.3%-7.4%因核电站关闭的原因，以东京地区为中心，电力不足严重电力不足量扩大中11年11年05月 06月扩大 中 - 特别是中国、日本在每年夏天有很严重的电力不足（是威胁也是重要

3、原因） 因大型灾难和BRICs的急速的经济成长而引起的电力不足严重化目目 录录 概要 LED 照明用语理解 LED 照明的构成 LED 灯具开发要素 太阳能路灯 LED照明产业趋势路灯照明路灯照明设设施施 照明相照明相关关用用语语 演色性 : 根据照明，决定物体如何显示出来的光源的特性 露面辉度 : 指露面反射照明器具出来的光通量产生的辉度， 单位是 cd/m2 露面照度 : 指露面收到光源的光照射的程度，入射的光通量除以露面的面积， 单位是lx) 野外辉度 : 驾驶者前方的隧道入口部野外的辉度 耀眼(glare) : 过高的辉度，因辉度对比引起的不快感，或者视觉功能的低下 带来的视觉现象綜合

4、均齊度 : 露面辉度分布的均匀的程度所显示出来的辉度的比 (最小照度/最大照度 , 平均照度/最大照度)車線軸均齊度 : 眼睛看见的前方露面的亮度分布的均匀的程度所显示出来的辉度的比LEDLED是指是指? ? LED (Light Emit diode)LED (Light Emit diode)LED (Light Emit Diode)LED (Light Emit Diode)是指是指 发光二极管的缩写，发出光的半导体元件LEDLED的的发发光原理光原理Positive charges (holes) are combined with negative charges (electro

5、ns) to produce light (photons)The opposite flow of a Solar CellRelation between wavelength and energy band gap :光是指光是指? ? 电电磁波的波磁波的波长长 (nm)(nm)可可视视光光线线 通过人的眼睛，能够用亮度感知的光线感光度曲感光度曲线线 显示人的眼睛根据光的波长如何反应的感光度的曲线Radiant energyRadiant energy is the energy of electromagnetic waves. The quantity of radiant ener

6、gy may be calculated by integrating radiant flux(or power) with respect to time and, like all forms of energy, its SI unit is the joule. The term is used particularly when radiation is emitted by a source into the surrounding environment. Radiant energy may be visible or invisible to the human eye.P

7、hotometryPhotometry is the science of the measurement of light, in terms of its perceived brightness to the human eye.RadiometryRadiometry is the field that studies the measurement of electromagnetic radiation, including visible light. Note that light is also measured using the techniques of photome

8、try, which deal with brightness as perceived by the human eye, rather than absolute power.光能源光能源Candela (cd) : Luminous intensity Candela (cd) : Luminous intensity is a measure of the wavelength-weighted power emitted by a light source in a particular direction per unit solid angle, based on the lum

9、inosity function, a standardized model of the sensitivity of the human eye.Lumen (lm) : luminous flux or luminous power Lumen (lm) : luminous flux or luminous power is the measure of the perceived power of light.Lux (lx) : IlluminanceLux (lx) : Illuminance is the total luminous flux incident on a su

10、rface per unit area. It is a measure of the intensity of the incident light, wavelength-weighted by the luminosity function to correlate with human brightness perception.Nit (cd/m2) : LuminanceNit (cd/m2) : Luminance is a photometric measure of the luminous intensity per unit area of light travellin

11、g in a given direction. It describes the amount of light that passes through or is emitted from a particular area, and falls within a given solid angle.Lumen per watt (lm/W) : Lumen per watt (lm/W) : Luminous efficacy is a figure of merit for light sources. It is the ratio of luminous flux (in lumen

12、s) to power (usually measured in watts). As most commonly used, it is the ratio of luminous flux emitted from a light source to the electric power consumed by the source, and thus describes how well the source provides visible light from a given amount of electricity. The luminous efficacy of radiat

13、ion is then dimensionless. In this case, it is often instead called the Luminous efficiencyLuminous efficiency and may be expressed as a percentage.光的光的测测定定单单位位 (In photometry)(In photometry)光是指光是指? ?光通量 : 从光源出来的光的总量，整体是Lumen眼睛看到的亮度Nit (cd/m2)亮度(cd=lm/sr) : 光源向一个方向照射的光的量照度(lx=lm/m2) : 单位面积上所受光的量Lm/W

14、发光效率显示出使用的电力发出了多少的光Cd/m2比起光源的亮度，更加表现的是人看到的画面的亮度光源物体演色性演色性 (Color Rendering)(Color Rendering)因照明对物体的色感产生影响的现象，同一物体根据光源的分光，会被感知成不一样的颜色的现象。色色温温度度 绝对温度用K表示 光源的光用数值表示的方法 色温度越高，青色波长放出更多的光 白炽灯 : 2,800K 荧光灯 : 4,500 6,500K 阴天白天 : 6.500K 7,000K 晴天蓝色天空光 : 10,000K 目目 录录 概概要要 LED LED 照明用照明用语语理解理解 LED LED 照明的照明的构

15、构成成 LED LED 灯具灯具开发开发要素要素 太太阳阳能路灯能路灯 LED LED照明照明产业趋势产业趋势LED LED 照明的分照明的分类类一般照明其他照明-室内照明领域 -局部照明 -灯泡及桌上照明 -面发光照明-室外照明领域 -洗墙灯及装饰照明 -PV(photovoltaic)照明 -路灯及桥梁照明 -竞技场照明及投光灯-特殊照明领域 -医疗/农业/环境照明 -白色家电照明 -舞台及演出照明-输送机器照明 -汽车/火车照明 ：读书灯、指示灯、 室内灯、前照灯 -船舶航空照明-LCD BLU -小型LCD BLU ：手机、相机、PMP、电脑等 -大型LCD BLU ：监控、电视等 ：

16、LED灯带，灯光杆，字型灯-显示器 -LED电子屏幕 -Sign照明LED LED 照明照明产产品效率特性品效率特性光源部效率电气回路损失温度上升损失光学部损失100 lm/W100 lm/W70 lm/W70 lm/W60% 7060% 70%LED芯片包装损失演色性损失AC/DC电源损失控制回路损失Pulse，色控制Switching损失光源模块损失灯具损失最终效率照明照明产产品功能理解品功能理解 ( (道路用路灯道路用路灯) )LED LED 照明的重要技照明的重要技术术LED ModuleLED ModuleLED PKGPCB + SMTHarnessElectrical Desig

17、Electrical Design nAC/DC 转换器恒流 螺丝刀Mechanical DeMechanical Designsign灯具设计产品设计Optical DesignOptical Design指向角变更去除耀眼反射板设计Thermal DesignThermal DesignLED 热特性改善LED LigLED LightinghtingLED LED 模模块块LED LED 模模块块 : : LED PKG是安装好的 PCB.LED PKG : LED PKG : OSRAM / LUMILEDS / CREE / NICHIA / SAMSUNG / 有首尔半导体等许多企

18、业PCB : PCB : 主要使用主要使用Metal PCBThermal DesignThermal Design散散热设计热设计Component Level : Component Level : 制造公司技术Substrate Technology :Substrate Technology : 在热安全性评价后选定材质Cooling System :Cooling System : 根据冷却方式出现多样的热的特性 * * High Power High Power 产产品群中切品群中切实实的需要本技的需要本技术术Optical DesignOptical Design光光学设计学设计

19、 Why use an optic? Why use an optic?Mechanical DesignMechanical Design结构设计结构设计Electrical DesignElectrical Design电气设计电气设计由由SMPSSMPS(AC/DC Converter) + Constant Constant current Drivercurrent Driver构成恒流螺恒流螺丝丝刀的必要性刀的必要性 有稍微的电压变化也能看到很大的电流变化 电阻值的变化 因热而导致的电压变化目目 录录 概概要要 LED LED 照明用照明用语语理解理解 LED LED 照明的照明的

20、构构成成 LED LED 灯具灯具开发开发要素要素 太太阳阳能路灯能路灯 LED LED照明照明产业趋势产业趋势LED PKGLED PKG 选择选择Current:Current: Light output is a function of current The more current the more light output Not a linear relationship 2x the current does not mean 2x the light out Electrical Overview Electrical OverviewForward Voltage (Vf)

21、 :Forward Voltage (Vf) : Vf is the amount of voltage dropped (used) by the LED Why would this be of concern to a customer?Lm/W is critical in general lighting applicationsBattery applications are sensitive to high Vfs because of higher power dissipation and short battery run timesLED PKGLED PKG 选择选择

22、As temperature risesAs temperature rises: Light Output decreases Wavelength increases (towards red) Forward Voltage decreases Thermal Overview Thermal Overview0%50%100%150%200%-40-20020406080100120Junction Temperature TJ CRelative Light Output (LOP)AmberRedGreenBlueWhiteCyanRoyal Blue050100150200250

23、3003504000.00.51.01.52.02.53.03.54.0Forward Voltage (V)Forward Current (mA) Red, Reddish Orange, Amber(AlInGaP)Royal Blue, Blue, Cyan, Green, White (InGaN)Vf -2mV / C012570580590600610620630Wavelength nmRelative Intensity+25 C (datasheet value)+85ClpeakTamb = -20CAmberLED PKGLED PKG 选择选择Forward Curr

24、ent max. allowed Strong Light DegradationJunction temperature max. allowed Catastrophic Failure Failure mode of LED Failure mode of LED : Temp Solder pointLeading lumen performance, 100 lumens in cool white at 350mALED PKGLED PKG 选择选择 Feature of LED Feature of LED* Energy Star : IES LM-80-08 Lumen M

25、aintenance of LEDs- Residential Indoor : 25000 hours 70%- Residential Outdoor : 35000 hours 70%- Commercial 35000 hours 70%散散热设计热设计( (冷却技冷却技术术) ) Component level Component level的冷却技的冷却技术术照明用LED大部分是高功率SMT LED，所以为了减少从芯片阶段开始到Heat sink slug为止的热阻而做的努力是从包装阶段开始形成的 Substrate level Substrate level的冷却技的冷却技术术使

26、用热传导性高的材料Copper layer 厚度增加Thermal via 使用散热孔散散热设计热设计( (冷却技冷却技术术) ) System level System level的冷却技的冷却技术术Heat sink Solutions :为了高功率LED冷却，灯具最大化的活用，扩大散热面积.在灯具上增加散热器，提高冷却性能Heat pipe Solutions :一般来说，LED照明企业偏爱散热器，只要不是特殊的部分，就不用热导管目目 录录 概概要要 LED LED 照明用照明用语语理解理解 LED LED 照明的照明的构构成成 LED LED 灯具灯具开发开发要素要素 太太阳阳能路灯能

27、路灯 LED LED照明照明产业趋势产业趋势太太阳阳能的原理能的原理 太阳能利用技术 : 太阳能技术是把太阳能直接转换成电力能源的技术 太阳能的原理无电极40W25W公园灯55W 三波长灯 一般太一般太阳阳能公能公园园灯灯太太阳阳能路灯能路灯构构造造太阳能模块充电控制器电池交换器 LED LED 太太阳阳能保安灯能保安灯太太阳阳能路灯能路灯构构造造太阳能板充电控制器电池LED 35W * 1天使用时间（10） = 1天消耗电力350W 1天消耗电力 350W / 1天平均日照时间 3.5 (4)= 100W 1天需要发电量 * 太阳能电池板发电效率 1.15 = 115W 1天消耗电力所需的太

28、阳能电池板 = 115W(120W) 35W LED 35W LED 太太阳阳能能发电发电量量太太阳阳能能发电发电量量LED 150W * 1天使用时间(10) = 1天消耗电力 1500W 1天消耗电力 1500W / 1天平均日照时间 3.5 (4)= 约430W 1天需要发电量 * 太阳能电池板发电效率 1.15 = 约500W 1天消耗电力所需的太阳能电池板 = 500W(250W*2) 150W LED 150W LED 太太阳阳能能发电发电量量35W150WSize1482*676*341956*992*50 *2Weight12kg23kg * 2 Solar panel Sol

29、ar panel 太太阳阳能能电电池板池板构构成比成比较较 LED LED 太太阳阳能路灯能路灯问题问题点点太太阳阳能路灯能路灯构构造造 消耗电力高的路灯使用太阳能路灯困难死荷重风荷重死荷重位移组合荷重位移1）死荷重：对于死荷重的审查（平时）Max.应力：0.88kgf/ 许用应力（20kgf/ -OKMax.位移：15.1mm0.025W=32.5mm（EN 40-3-3)OK2）组合荷重：对死荷重+风向组合的审查（暴风时）Max.应力：9.97kgf/ 许用应力（20kgf/ )OKMax.位移：256mm0.06(H+W)=678mm(EN 40-3-3)OK* EN 40-3-3: 欧

30、洲路灯设计标准图.组合荷重2）设计荷重0. 标准资料：建筑物荷重标准及 解说（2000）0. 死荷重：适用长度、断面积计算0. 风荷重：基本风速25m/sec审查 适用（江原道原州市）目目 录录 概概要要 LED LED 照明用照明用语语理解理解 LED LED 照明的照明的构构成成 LED LED 灯具灯具开发开发要素要素 太太阳阳能路灯能路灯 LED LED照明照明产业趋势产业趋势LEDLED照明制造工程照明制造工程MOCVD(Metal Organic ChemicalVapor Deposition)蓝宝石电路板上GaN Layer单晶体成长Etching, Photo,Scribin

31、g, ProbingPN Junction 形成,个别芯片 Scribing芯片键合, 接线，& 荧光体 DispensingDie/Wire Bonding,Dispensing, Test金属板上LEDBinning,Surface Mounting照明引擎制作LED, Optics, Power,Heat-Sink, RF Control(System Module)LEDLED照明照明 全球全球级级玩家玩家传统传统企企业业 : : 品牌品牌认认知度、知度、资资本流通渠道基本流通渠道基础开础开始始扩扩大大新生企新生企业业 : : 新技新技术术，NicheNiche趋势趋势，有攻，

32、有攻击击性的性的营销营销传统照明基础主要企业LED基础急速成长企业 : 全球资源利用及合作 line-up 扩张，传统 灯泡 LED 产业用 高耐灯/信号灯/Sign强势 (2.9兆/10 年) : LED光源市场上事业领域扩大到器具市场 LED 路灯美东部供给，进攻M&A美洲 Lighting 基础确立完成 (CK, TIR, Genlyte) (11兆/10年) : 因LED路灯新产品发表，正式开始竞争 子公司 Kim Lighting LED module 技术选择 (2.6兆/09年) : Outdoor, Indoor,交替型 LED line up 完成 (1.8兆/09年

33、, 与其他公司对比技术力限制) : 各子公司各界战略 (产品区分) 旧公司 LED照明专业设计企业IMS 接手 (2.5兆:电气产业部整体/10年 : 生产设施扩充计划发表 (250亿投资) 路灯/停车场照明先导, 现有 Down light 市场先导 (1兆 /10年) : 全方向 灯泡出市, 多样的 LED照明尝试 Google 安卓控制照明出市 (1,300亿/11年=40% OEM) : COB型 Light engine 先导企业 最近 3年间 300% 成长 (270亿/10年, 和Molex合作) 02年198090年代光效率(lm/W) 09年一般照明(高光量, 演色性)120

34、804020White LEDMiddle/High Power LEDTV, 显示器(高辉度, 薄化, 色再现性)汽车(高光量, 可靠性) 07年RGB LEDMobile, N-PC(高辉度, 薄化)LEDLED照明的市照明的市场变场变化化 LED LED 产业产业技技术术需求展望需求展望 演出用LED照明 Color照明 以人为中心，感性照明 智能照明 所有产业融合照明扩散照明用 LED BulbWhite 照明产业用单纯照明进入门槛低LEDLED照明的照明的应应用用领领域域汽车车照明制药药& 生物造船 & 海洋国国防LEDLED照明的照明的应应用用领领域域Niche 市

35、场场可视视光无线线通信频率无干涉 ITS安全/超精密侧位光传感器通信无线LAN状况对应智能化照明时间系统发现错误复合空间生产线室内位置IT照明 产品广告IT照明VLC照明双向信息交换备忘录LEDLED照明的照明的应应用用领领域域 Google Android SW Google Android SW 控制控制 LED LED 照明照明AndroidHome :AndroidHome : Open wireless protocol Open wireless protocol 提供提供LEDLED照明和所有照明和所有 Home ApplianceHome Appliance家家电产电产品品联联合控制合控制LEDLED照明的照明的应应用用领领域域 ( (