单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,照明常识培训,2011.9,孙 常 东,1,照明常识介绍,LED知识介绍,LED照明应用的关键技术,一、照明常识介绍,2,学习照明，首先要了解“什么是光”。这里说的光，不单是人类视觉能感知的光，还包括人类视觉感知不到的红外线和紫外线等。我们把这些光统称为电磁波，波长的范围不同决定了各种不同波长光的性质。,3,1、光的特征,电磁波刺激人的眼睛，经过视觉神经传达到人的大脑，使人可以看到物体的形状和颜色，这段波长的电磁波称为可见光，其波长范围是380nm 780nm（纳米）。,（1nm=10,-9,m）,可见光的波长不同人眼感觉到的颜色也不同。780nm 380nm 的光依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光。波长大于780nm 的电磁波是红外线，微波和广播无线电波等。波长小于380nm 的电磁波是紫外线，X射线和宇宙射线等。,各种颜色对应的波长范围不是截然分开的，而是随波长逐渐变化的，只有单一波长的光，才表现为一种颜色，称为单色光。,4,2、光的量度,（1）,光通量,是指光源在单位时间内向周围辐射出去的、并能使人眼产生光感的能量，称为光通量 。其单位是Lm（流明）。发光数越多其流明数越大。,220V白炽灯泡瓦数与流明的换算,10W65lm 15W101lm 25W198lm,40W340lm 60W540lm 100W1050lm 150W1845lm 200W2660lm 300W4350lm 500W7700lm 1000W17000lm,日光灯管的换算,15W490lm560lm 20W700lm800lm,30W1160lm1400lm 40W1700lm1920lm,5,（2）发光强度（光强度）,光源在空间某一方向上光通量的空间密度，称为光源在这个方向上的发光强度，简称光强。单位为坎德拉（cd）。,需要用立体角度（球面度Sc）作为空间光束的量度单位计算光通量的密度。,光的强度与光的能量相关，与波长没有关系。,一个光子的能量倒是与波长有关：波长越长，光子的能量越小。,6,（3）,照度,用来衡量被照平面的照明程度，对被照面而言，是指单位面积上所接收到的光通量。单位：Lux（勒克斯）通常情况下我们也可以用Lx 表示。,照度就是由,Lm/m,2,得到的。,这在绝对理想的环境下才适用的，即光源的所有光通全部照射在计算平面内。这几乎是不太可能的，在实际运用中我们要考虑灯具、墙面、空气等对光源的遮挡、反射等，这样的计算往往就比较繁琐了。,(,光照度,-1lm（流明）的光通量均匀分布在1m,2,表面上所产生的光照度，单位勒克斯，lx或Lux),7,室内刚能辨别人脸的轮廓，照度为20LX，下棋打牌的照度为150LX；看小说约需250LX，即25瓦白炽灯离书30-50厘米；,书写约需要500LX，即40瓦白炽灯离书30-50厘米；,看电视约需30LX，用一支3瓦的小灯放在视线之外就行了。,夏日阳光下为100000LUX；,阴天室外为10000LUX；,室内日光灯为100LUX；,8,距60W台灯60cm桌面为300LUX；,电视台演播室为1000LUX；,黄昏室内为10LUX；,夜间路灯为1520LUX；,烛光（20cm远处）1015LUX。,起居间所需照明照度为150300Lux；,一般书房照度为100Lux，但阅读时所需之照明照度则为600Lux。,9,3、光的质量,色温,就是光的颜色。当一个黑体（例如铁）被加热到一定的温度时开始发出暗红色的光，温度再升高光的颜色变成黄白色、白色、兰白色。我们把发出某颜色光时黑体的温度称为该种颜色的光的色温，单位K。低色温呈暖色，高色温则呈冷色。,例如：烛光的色温是2000K，晴天中午时太阳的色温是6500K。,显色性,则是指光表现物体颜色的能力，一只灯泡的显色指数是彩色物体被该灯泡发出的光照明时彩色被显现的真实程度。它的范围是0100，白炽灯的显色指数为100。,与光源质量有关的特性色温和显色性,10,4.发光效率,发光效率,-就是每瓦的电功率可以发出多少流明的光通量，理论极限是683流明/瓦（而且需要是0.54微米波长的黄绿色光）。,白炽灯是每瓦15流明左右，,荧光灯是90lm/W;,LED 是80100lm/W;,好的白色LED可以达到231流明。,11,眩光,：,视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，则可以造成视觉不适称为眩光。,眩光分为失能性眩光和不舒适性眩光。,眩光是影响照明质量的重要因素。,5.影响照明质量的重要因素,12,亮度对比,：,被识别对象和其背景亮度之差与背景亮度之比，对比影响物体的可见度。对比大的物体容易被观察到，并在视觉上产生近距感和兴奋感。,13,二、LED知识介绍,LED=Light Emitting Diode，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光；,LED=Large Electronic Display，大型电子展示；,LED=Lupus erythematosus disseminatus，播散性红斑狼疮，一种慢性、特发性自身免疫病；,led是lead的过去式和过去分词，意为“领导，带领”。,14,1.半导体照明之父,中村修二,中村修二发明了高亮度的GaN蓝光LED，开创了半导体照明革命，号称“半导体照明之父”。,日亚，丰田合成，Cree,飞利浦，欧司朗,15,中科院院士陈良惠：,半导体灯取代全国,1/3,白炽灯,=,每年节省一个三峡工程的年发电量,LED,灯理论寿命,10,万小时,=,一个人一辈子只需一盏灯,LED,灯与建筑同寿,16,（1）高端新型电子信息产业,（2）半导体照明,(LED),产业,（3）新能源汽车产业,2.十二五三大战略新兴产业,17,LED电能,光能,散热是关键,2030%,发热,3.由于目前,LED,芯片技术的限制，,LED,的光电转换效率还有待提高,1W功率 辐通量在最理想的情况下（黑体辐射）可能产生 683 lm 光通量,18,p-n结形成,LED发光原理,LED基本原理,LED,结温 上升,发光效率降低,可靠性差，使用 寿命降低,发热量更大,19,结点工作温度,输 琥珀色,出,光,通,量,相,对,值,PN结温度对不同波长光输出光通量的影响,20,工作温度升高，使用寿命降低,当LED的工作环境温度愈高，会使,LED寿命呈指数性缩减。,有资料显示，温度每升高10，寿 命平均减少一半。,元件温度每上升2，可靠性将下降l0。,为了保证器件的寿命，一般要求pn结的结温在110以下。,T,J,=50,时，寿命可达,90000,小时,T,J,=80,时，寿命降到,34000,小时,T,J,=115,时，寿命只有,13000,小时,21,22,LED发光区材料的禁带宽度值直接决定了 LED器件发光的波长或颜色。蓝光、白光 LED材料属III-V族化合物半导体。,随着PN结 的温度升高时，材料的禁带宽度将减小，导致 器件发光波长变长，颜色发生红移。,据统计资料表明，在100的温度下，波 长可以红移49 nmLED的波长发生红移，导致YAG荧光粉吸收率下降，总的发光强度会减少，白光色度 变差。,4.LED结温升高，发光波长发生红移,23,结温度T,T,3,T,2,T,1,T,3,T,1,T,2,LED输出光谱 nm,人眼对不同波长的颜色感知灵敏度存在着很大的差异。很小的波长变化就将引 起人眼感觉上的变化，从而对蓝、绿、黄 器件的温升效应提出了更高的要求。一般 来说，,2,5nm,的波长变化人眼就可以感 觉到；而对红光波长的变化，人眼的感觉 就要相对迟钝一些，但也能感觉到,15nm,的波长差异。,24,5.LED特点和优点,体积小,LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。,耗电量低,LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电不超过0.1W。,使用寿命长,在恰当的电流和电压下，LED使用寿命可达10万小时,高亮度、低热量,环保,LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。,坚固耐用,LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。,25,6.LED的分类(1)按发光管发光颜色分,按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。,(,2)按发光管出光面特征分,按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作T-1；把5mm的记作T-1（3/4）；把4.4mm的记作T-1（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为2045。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为4590或更大，散射剂的量较大。,26,(3)按发光二极管的结构分,按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。,(4)按发光强度和工作电流分,按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管。,一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。,27,7.LED应用 LED的应用领域非常广，包括通讯、消费性电子、汽车、照明、信号灯等，可大体区分为背光源、照明、电子设备、显示屏、汽车等五大领域。,重点：背光源、路灯、室内,8.LED应用的阶段性,替代性应用,创新性应用,28,三、LED照明应用的关键技术,2.三大问题：,光：发光效率的提升技术,配光应用,热：散热技术,电：驱动技术,3.标准问题：技术标准,1.主要技术标准：,效率；显色性Ra；色温K；寿命h,29,LED输出光谱 nm,结温度T,T3T2T1,T,2,T,3,T,1,30,