LED照明設(shè)計(jì)基礎(chǔ)ppt課件

1、 LED 照明設(shè)計(jì)根底照明設(shè)計(jì)根底 宋寶星宋寶星LED照明設(shè)計(jì)根底照明設(shè)計(jì)根底一一: Led : Led 根底知識(shí)簡(jiǎn)介根底知識(shí)簡(jiǎn)介1. 1. 定義、構(gòu)造及分類定義、構(gòu)造及分類2. Led2. Led主要制造工藝及廠商簡(jiǎn)介主要制造工藝及廠商簡(jiǎn)介3. 3. 大功率白光大功率白光LEDLED封裝關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介封裝關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介4. 4. 主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性二：大功率二：大功率LEDLED燈具設(shè)計(jì)根底知識(shí)燈具設(shè)計(jì)根底知識(shí)1. LED1. LED及驅(qū)動(dòng)電源的選擇及驅(qū)動(dòng)電源的選擇2. 2. 散熱設(shè)計(jì)散熱設(shè)計(jì)3. 3. 光學(xué)設(shè)計(jì)光學(xué)設(shè)計(jì)定義定義1.1.什么是什么是LEDLEDlight emittin

2、g diodelight emitting diode LED LED 利用注入式電致發(fā)光原理制造的二極管叫發(fā)光二極利用注入式電致發(fā)光原理制造的二極管叫發(fā)光二極管，通稱管，通稱LEDLED。它是一種用微弱的電能就能發(fā)光的高效固體。它是一種用微弱的電能就能發(fā)光的高效固體光源，其根本構(gòu)造是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體資料，置于一個(gè)光源，其根本構(gòu)造是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體資料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后周圍用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到維護(hù)內(nèi)部有引線的架子上，然后周圍用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到維護(hù)內(nèi)部芯線的作用。它的中心部分是由芯線的作用。它的中心部分是由p p型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和n n型半導(dǎo)體組成型半導(dǎo)體組成的晶片；在的

3、晶片；在p p型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和n n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為p-np-n結(jié)。結(jié)。 注入式電致發(fā)光原理注入式電致發(fā)光原理 在在PNPN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的方式釋放出來(lái)，從多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的方式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。當(dāng)它處于正向任務(wù)形狀時(shí)即兩而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。當(dāng)它處于正向任務(wù)形狀時(shí)即兩端加上正向電壓，電流從端加上正向電壓，電流從LEDLED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有體就發(fā)出從紫外到紅外

4、不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)關(guān) 。構(gòu)造構(gòu)造 構(gòu)造構(gòu)造 發(fā)光二極管主要由發(fā)光二極管主要由PN結(jié)芯片、電極引腳和光學(xué)系統(tǒng)組成。結(jié)芯片、電極引腳和光學(xué)系統(tǒng)組成。 普通插件式普通插件式LED構(gòu)造圖構(gòu)造圖構(gòu)造構(gòu)造大功率貼片式LED構(gòu)造圖分類分類按光顏色分成紅色、橙色、綠色(又細(xì)分黃綠、規(guī)范綠和純綠)、藍(lán)光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無(wú)色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無(wú)色透明、有色散射和無(wú)色散射四種類型。2. 按發(fā)光管出光面特征分為圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、外表安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為3mm、5mm等

5、,方形分為3528，5050燈。3.從發(fā)光強(qiáng)度角分布來(lái)分有三類：1)高指向性。普通為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為520或更小，具有很高的指向性，可作部分照明光源用。2)規(guī)范型。通常作指示燈用，其半值角為2045。3)散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為4590，散射劑的量較大。4. 按安裝方式，分為插件式DIP和貼片式SMT)。5. 按功率大小分為三種。普通LED(電流20MA且光效 8lm/W )，高亮度LED(光效 8lm/W，功率1W)和大功率LED (電流350MA或功率 1W)。另外還有其他分類方法：如UV LED, Laser LED等。 外延片的生

6、長(zhǎng)外延片的生長(zhǎng)(磊晶在一塊加熱至適當(dāng)溫度的襯底基板磊晶在一塊加熱至適當(dāng)溫度的襯底基板主要有藍(lán)寶石主要有藍(lán)寶石 和、和、SiC、Si上，氣態(tài)物質(zhì)上，氣態(tài)物質(zhì)InGaAlP有控制的保送到襯有控制的保送到襯底外表，生長(zhǎng)出特定底外表，生長(zhǎng)出特定 單晶薄膜，目前外延片生長(zhǎng)技術(shù)主要采用單晶薄膜，目前外延片生長(zhǎng)技術(shù)主要采用MOCVD或或MOVPE有機(jī)金屬化學(xué)有機(jī)金屬化學(xué) 氣相堆積方法氣相堆積方法 ，Metal- Organic Chemical Vapor Deposition，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱 MOCVD; 有機(jī)金屬氣相外延法有機(jī)金屬氣相外延法, Metal- Organic Vapor Phase Epita

7、xy,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱 MOVPE。 常見(jiàn)襯底基板、發(fā)光資料及外延技術(shù)對(duì)照表常見(jiàn)襯底基板、發(fā)光資料及外延技術(shù)對(duì)照表 加裝電極及外延切割制造芯片利用真空鍍及蝕刻技術(shù)在加裝電極及外延切割制造芯片利用真空鍍及蝕刻技術(shù)在外延片上制造電極外延片上制造電極P極，極，N 極并用激光機(jī)切割極并用激光機(jī)切割LED外延外延片以制呵斥片以制呵斥LED芯片芯片 。 封裝封裝 就是把用金線將發(fā)光芯片電極引出就是把用金線將發(fā)光芯片電極引出,同時(shí)將發(fā)光芯片和同時(shí)將發(fā)光芯片和金線維護(hù)起來(lái)的過(guò)程金線維護(hù)起來(lái)的過(guò)程. 在這個(gè)過(guò)程中還能實(shí)現(xiàn)一些光學(xué)與熱在這個(gè)過(guò)程中還能實(shí)現(xiàn)一些光學(xué)與熱學(xué)的處置。學(xué)的處置。LED的制造工藝主要有以下三個(gè)過(guò)程的

8、制造工藝主要有以下三個(gè)過(guò)程Led的制造工藝簡(jiǎn)介的制造工藝簡(jiǎn)介現(xiàn)階段全球主要現(xiàn)階段全球主要LED廠商廠商全球主要全球主要LED廠商簡(jiǎn)介廠商簡(jiǎn)介大功率白光大功率白光LED封裝主要有以下關(guān)鍵技術(shù)封裝主要有以下關(guān)鍵技術(shù)1. 散熱技術(shù)散熱技術(shù) 對(duì)于現(xiàn)有的對(duì)于現(xiàn)有的LED光效程度而言，由于輸入電能光效程度而言，由于輸入電能的的80左右轉(zhuǎn)變成為熱量，且左右轉(zhuǎn)變成為熱量，且LED芯片面積小，因此，芯片面積小，因此，芯片散熱是芯片散熱是 LED封裝必需處理的關(guān)鍵問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)封裝必需處理的關(guān)鍵問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)外的器件設(shè)計(jì)者和制造者分別在構(gòu)造、資料以及工藝等外的器件設(shè)計(jì)者和制造者分別在構(gòu)造、資料以及工藝等方面對(duì)

9、器件的熱系統(tǒng)進(jìn)展了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以降低方面對(duì)器件的熱系統(tǒng)進(jìn)展了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以降低LED的熱的熱阻例如。在封裝構(gòu)造上，采用大面積芯片倒裝構(gòu)造、金阻例如。在封裝構(gòu)造上，采用大面積芯片倒裝構(gòu)造、金屬線路板構(gòu)造、導(dǎo)熱槽構(gòu)造、微流陣列構(gòu)造等；在資料屬線路板構(gòu)造、導(dǎo)熱槽構(gòu)造、微流陣列構(gòu)造等；在資料的選取方面，選擇適宜的基板資料和粘貼資料，用硅樹(shù)的選取方面，選擇適宜的基板資料和粘貼資料，用硅樹(shù)脂替代環(huán)氧樹(shù)脂。脂替代環(huán)氧樹(shù)脂。 LED封裝熱阻主要包括資料散熱基板和熱沉構(gòu)造封裝熱阻主要包括資料散熱基板和熱沉構(gòu)造內(nèi)部熱阻和界面熱阻。散熱基板的作用就是吸收芯片產(chǎn)內(nèi)部熱阻和界面熱阻。散熱基板的作用就是吸收芯片產(chǎn)生的熱量，并

10、傳導(dǎo)到熱沉上，實(shí)現(xiàn)與外界的熱交換。生的熱量，并傳導(dǎo)到熱沉上，實(shí)現(xiàn)與外界的熱交換。大功率白光大功率白光LED封裝關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介封裝關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介2. 高光效技術(shù)高光效技術(shù) 包括白光技術(shù)、熒光粉技術(shù)和一次光學(xué)設(shè)計(jì)包括白光技術(shù)、熒光粉技術(shù)和一次光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)技術(shù)2.1 白光技術(shù)：是決議白光技術(shù)：是決議LED白光特性的最重要的因數(shù)白光特性的最重要的因數(shù) 。常見(jiàn)。常見(jiàn)白光技術(shù)有以下三種：白光技術(shù)有以下三種： 藍(lán)色芯片上涂上黃色熒光粉，藍(lán)光激發(fā)熒光粉發(fā)出的黃綠藍(lán)色芯片上涂上黃色熒光粉，藍(lán)光激發(fā)熒光粉發(fā)出的黃綠光與藍(lán)光合成白光。該方法相對(duì)簡(jiǎn)單，效率高，具有適用光與藍(lán)光合成白光。該方法相對(duì)簡(jiǎn)單，效率高，具有適用性。

11、缺陷是布膠量一致性較差、熒光粉易沉淀導(dǎo)致出光面性。缺陷是布膠量一致性較差、熒光粉易沉淀導(dǎo)致出光面均勻性差、顏色一致性不好；色溫偏高，顯色性不理想。均勻性差、顏色一致性不好；色溫偏高，顯色性不理想。 RGB三基色多個(gè)芯片或多個(gè)器件發(fā)光混色成白光，或者用三基色多個(gè)芯片或多個(gè)器件發(fā)光混色成白光，或者用藍(lán)藍(lán)+黃色雙芯片補(bǔ)色產(chǎn)生白光。只需散熱得法，該方法產(chǎn)黃色雙芯片補(bǔ)色產(chǎn)生白光。只需散熱得法，該方法產(chǎn)生的白光較前一種方法穩(wěn)定，但驅(qū)動(dòng)較難。生的白光較前一種方法穩(wěn)定，但驅(qū)動(dòng)較難。 在紫外光芯片上涂在紫外光芯片上涂RGB熒光粉，利用紫光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生熒光粉，利用紫光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生三基色光混色構(gòu)成白光。由于目前

12、的紫外光芯片和三基色光混色構(gòu)成白光。由于目前的紫外光芯片和RGB熒熒光粉效率較低，仍未到達(dá)適用階段。光粉效率較低，仍未到達(dá)適用階段。 大功率白光大功率白光LED封裝關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介封裝關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介2.2 熒光粉技術(shù)熒光粉技術(shù) 在白光在白光LED的制備中，熒光粉是一個(gè)非常關(guān)鍵的資料，的制備中，熒光粉是一個(gè)非常關(guān)鍵的資料，它的性它的性 能直接影響白光能直接影響白光LED的亮度、色坐標(biāo)、色溫及顯色性等的亮度、色坐標(biāo)、色溫及顯色性等 。選擇熒光粉的規(guī)范是：熒光粉能被與之匹配的選擇熒光粉的規(guī)范是：熒光粉能被與之匹配的LED芯片有效激發(fā)；芯片有效激發(fā)； 并具有高的量子效率；并具有高的量子效率； 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

13、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。目前在白光目前在白光LED上被廣泛商業(yè)運(yùn)用的熒光粉有日亞專利的上被廣泛商業(yè)運(yùn)用的熒光粉有日亞專利的YAG和歐司和歐司朗專利的朗專利的TAG。 YAG主要是主要是Y3Al5O12:Ce以及其變化衍生物以及其變化衍生物(例如在例如在Al內(nèi)參與內(nèi)參與Ga)，YAG比較容易做亮。比較容易做亮。 日亞專利寫含日亞專利寫含Y、Al之石榴石，也就是只需含之石榴石，也就是只需含Y，主體為，主體為Y、Al石榴石榴石就與其專利抵觸。石就與其專利抵觸。 TAG主要是主要是Tb3Al5O12:Ce以及其變化衍生物，以及其變化衍生物，TAG比較難做亮。比較難做亮。運(yùn)用運(yùn)用TAG是為避日亞專利是為避日亞專利

14、 大功率白光大功率白光LED封裝關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介封裝關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介2.3 一次光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)：把芯片封裝成一次光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)：把芯片封裝成LED光電零組件時(shí)，進(jìn)展的光學(xué)設(shè)計(jì)，以光電零組件時(shí)，進(jìn)展的光學(xué)設(shè)計(jì)，以 處理處理LED的出光角度、光強(qiáng)、光通量大小、光強(qiáng)分佈、色溫的范圍與分佈的出光角度、光強(qiáng)、光通量大小、光強(qiáng)分佈、色溫的范圍與分佈 ； 一次光學(xué)設(shè)計(jì)的目的是盡能夠多的取出一次光學(xué)設(shè)計(jì)的目的是盡能夠多的取出LED芯片中發(fā)出的光芯片中發(fā)出的光 。 二次光學(xué)設(shè)計(jì)是針對(duì)大功率二次光學(xué)設(shè)計(jì)是針對(duì)大功率LED照明來(lái)說(shuō)的，普通大功率照明來(lái)說(shuō)的，普通大功率LED都有一次透都有一次透鏡，發(fā)光角度為鏡，發(fā)光角度為120度

15、左右。二次光學(xué)就是將經(jīng)過(guò)一次透鏡后的光再經(jīng)過(guò)度左右。二次光學(xué)就是將經(jīng)過(guò)一次透鏡后的光再經(jīng)過(guò)一個(gè)光學(xué)透鏡或其他光學(xué)器件以改動(dòng)它的光學(xué)性能，從而讓整個(gè)燈具系統(tǒng)一個(gè)光學(xué)透鏡或其他光學(xué)器件以改動(dòng)它的光學(xué)性能，從而讓整個(gè)燈具系統(tǒng)發(fā)出的光能滿足設(shè)計(jì)需求。發(fā)出的光能滿足設(shè)計(jì)需求。3. 封裝技術(shù)：封裝技術(shù)： 目前市場(chǎng)上主流的封裝技術(shù)有以下七大種類：目前市場(chǎng)上主流的封裝技術(shù)有以下七大種類： 小功率多芯封裝；小功率多芯封裝； 大功率單芯封裝；大功率單芯封裝； 大功率多芯封裝；大功率多芯封裝； AC-LED； COHSChip on heat sink); 系統(tǒng)封裝系統(tǒng)封裝 SIPSystem in Package

16、; 晶片鍵合晶片鍵合Wafer bonding。 大功率白光大功率白光LED封裝關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介封裝關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介各封裝技術(shù)代表及優(yōu)缺陷對(duì)比大功率白光大功率白光LED封裝關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介封裝關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性1.電學(xué)特性1.1 I-V特性 PN結(jié)伏安特性，表征LED芯片pn結(jié)制備性能主要參數(shù)。不同的電流直接影響led的發(fā)光亮度和PN結(jié)的結(jié)溫. LED的I-V特性具有非線性、整流性質(zhì)：?jiǎn)螌?dǎo)游電性，即外加正偏壓表現(xiàn)低接觸電阻，反之為高接觸電阻。IF-正向直流電流正向測(cè)試電流，在規(guī)定的正向電壓VF下，經(jīng)過(guò)極間的電流 ，不同LED因資料不同有不同的IF。 VF-LED正導(dǎo)游通時(shí)所需電壓，同

17、種顏色LED能夠有不同的VF，所以LED公司按電壓區(qū)間分Group或BIN來(lái)加以區(qū)分，以便用戶運(yùn)用。IFM-正向峰值電流正向最大電流。在額定功率下，允許經(jīng)過(guò)二極管的最大正向脈沖電流。 注：普通IF=0.6IFMVR - 稱為反向擊穿電壓；VR 電壓對(duì)應(yīng)IR 為反向漏電流不同LED因資料不同，有不同的VR。 典型的VF Group和BIN分法主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性LED 的點(diǎn)亮?xí)r間上升時(shí)間tr 是指接通電源使發(fā)光亮度到達(dá)正常的10%開(kāi)場(chǎng)，不斷到發(fā)光亮度到達(dá)正常值的90%所閱歷的時(shí)間。LED 熄滅時(shí)間下降時(shí)間tf 是指正常發(fā)光減弱至原來(lái)的10%所閱歷的時(shí)間。不同資料制得的LED 呼應(yīng)時(shí)間各不

18、一樣；如GaAs、GaAsP、GaAlAs 其呼應(yīng)時(shí)間10-9S，GaP 為10-7 S。因此它們可用在10100MHZ 高頻系統(tǒng)。 注：t0 值很小，可忽略。主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性1.2 呼應(yīng)時(shí)間 表征LED跟蹤外部信息變化的快慢。從運(yùn)用角度來(lái)看，就是LED點(diǎn)亮與熄滅所延遲的時(shí)間 主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性光束角beam angle )：在經(jīng)過(guò)最大光強(qiáng)半平面上，兩條最大光強(qiáng)方向之間的夾角稱為該平面的光束角光束分散角 (field angle )：在包含最大光強(qiáng)的某個(gè)平面上，兩條為最大光強(qiáng)的光線之間的夾角稱為該平面的光束分散角或稱有效光束角在引出雜散光線的時(shí)候，出現(xiàn)了這個(gè)光束角以及最大

19、光強(qiáng)的概念 兩者的區(qū)別： LED光學(xué)特性光學(xué)特性 2.1 光強(qiáng)與光束角發(fā)光角光強(qiáng)與光束角發(fā)光角光強(qiáng)光強(qiáng) 表征表征LED發(fā)光強(qiáng)弱的發(fā)光強(qiáng)弱的重要性能重要性能 光束角光束角 描畫描畫LED發(fā)光在空間各個(gè)方向上光強(qiáng)分布。發(fā)光在空間各個(gè)方向上光強(qiáng)分布。 主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性2.2 光通量光通量 表征表征LED 總光輸出的輻射能量，它標(biāo)志器件的性總光輸出的輻射能量，它標(biāo)志器件的性能優(yōu)劣。能優(yōu)劣。F為為L(zhǎng)ED 向各個(gè)方向發(fā)光的能量之和，可見(jiàn)光向各個(gè)方向發(fā)光的能量之和，可見(jiàn)光LED 的光通量單位為流明的光通量單位為流明lm,它與任務(wù)電流的關(guān)系如下。它與任務(wù)電流的關(guān)系如下。2.3 光效光效 是指是指L

20、ED所發(fā)出的光通量所發(fā)出的光通量與其所耗費(fèi)的電功率與其所耗費(fèi)的電功率 P之之比比,單位為流明單位為流明/瓦瓦lm/w,是評(píng)價(jià)電光源用電效率最主要是評(píng)價(jià)電光源用電效率最主要的技術(shù)參數(shù)的技術(shù)參數(shù),它與任務(wù)電流的關(guān)系如下。它與任務(wù)電流的關(guān)系如下。主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性同一型號(hào)的同一型號(hào)的LED在同一電流下能夠有著不同的光通量，在同一電流下能夠有著不同的光通量，LED公司通常用公司通常用Luminous Flux Bin 來(lái)分類區(qū)分，以下是一典型的光通量來(lái)分類區(qū)分，以下是一典型的光通量BIN 分類：分類： 注：注： 對(duì)小功率對(duì)小功率LED能夠會(huì)用光強(qiáng)來(lái)分能夠會(huì)用光強(qiáng)來(lái)分BIN主要參數(shù)及特性主要參

21、數(shù)及特性2.4 光譜分布光譜分布 LED 發(fā)光強(qiáng)度或光功率輸出隨著波長(zhǎng)變化而不發(fā)光強(qiáng)度或光功率輸出隨著波長(zhǎng)變化而不同，繪成一條分布曲線同，繪成一條分布曲線光譜分布曲線。當(dāng)此曲線確定之光譜分布曲線。當(dāng)此曲線確定之后，器件的有關(guān)主波長(zhǎng)、純度等相關(guān)色度學(xué)參數(shù)亦隨之而定。后，器件的有關(guān)主波長(zhǎng)、純度等相關(guān)色度學(xué)參數(shù)亦隨之而定。它與制備所用化合物半導(dǎo)體種類、性質(zhì)及它與制備所用化合物半導(dǎo)體種類、性質(zhì)及PN結(jié)構(gòu)造外延結(jié)構(gòu)造外延層厚度、摻雜雜質(zhì)等有關(guān)，而與器件的幾何外形、封裝方層厚度、摻雜雜質(zhì)等有關(guān)，而與器件的幾何外形、封裝方式無(wú)關(guān)式無(wú)關(guān);以下是不同化合物半導(dǎo)體及摻雜制得以下是不同化合物半導(dǎo)體及摻雜制得LED

22、光譜分布光譜分布曲線曲線 。 峰值波長(zhǎng)：相對(duì)光強(qiáng)度最強(qiáng)光輸出最大處對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，用p表示。只需單色光才有p波長(zhǎng)。 譜線寬度：在LED 譜線的峰值兩側(cè)處，存在兩個(gè)光強(qiáng)等于峰值最大光強(qiáng)度一半的點(diǎn)，此兩點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)p-，p+ 之間寬度叫譜線寬度，也稱半功率寬度或半高寬度。半高寬度反映譜線寬窄，即LED 單色性的參數(shù)，LED 半寬小于40 nm。 主波長(zhǎng)：LED 發(fā)出的有多個(gè)峰值的非單色光中，人眼所能察看到的，主要單色光的波長(zhǎng)，結(jié)溫升高而主波長(zhǎng)偏向長(zhǎng)波 。主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性2.5 色品坐標(biāo)、色溫與顯色性色品坐標(biāo)、色溫與顯色性 色品坐標(biāo)用來(lái)準(zhǔn)確地表達(dá)光源的色品坐標(biāo)用來(lái)準(zhǔn)確地表達(dá)光源的表觀顏色表觀顏

23、色.但詳細(xì)的數(shù)值很難與習(xí)慣的光色覺(jué)得聯(lián)絡(luò)在一同但詳細(xì)的數(shù)值很難與習(xí)慣的光色覺(jué)得聯(lián)絡(luò)在一同.人們經(jīng)常將光色偏橙紅的稱為人們經(jīng)常將光色偏橙紅的稱為“暖色暖色,比較熾白或稍偏蘭的比較熾白或稍偏蘭的稱為稱為“冷色冷色,因此用色溫來(lái)表示光源的光色會(huì)更加直觀。因此用色溫來(lái)表示光源的光色會(huì)更加直觀。 2.5.1 色溫與色品坐標(biāo)的關(guān)系式近似如下：色溫與色品坐標(biāo)的關(guān)系式近似如下： 其關(guān)系曲線如右色品圖，由此可見(jiàn)，不要的色品坐標(biāo)能夠會(huì)有同樣的色溫 ，所以能獨(dú)一決議顏色的參數(shù)是色品坐標(biāo)，色溫只能參考。普通，LED封裝廠都會(huì)按色品坐標(biāo)不同用不同的Bin來(lái)區(qū)分白光的顏色。以下一典型的Bin分布圖。大功率LED供應(yīng)商普通

24、會(huì)要求四個(gè)Bin同時(shí)購(gòu)買，如數(shù)量較少時(shí)可以思索與供應(yīng)商溝通買單個(gè)Bin.主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性典型的Color Bin 分區(qū)主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性顯色指數(shù)是表達(dá)光源所發(fā)光顯示物體外表本來(lái)顏色的才干。光源顯色性能越高，物體外表顏色越真實(shí)。越接近自然光譜(或者說(shuō)是規(guī)范光譜)，顯色指數(shù)越高。要改善，那就要添加原來(lái)短少的光譜。色溫是專門用來(lái)量度光線的顏色成分的，色溫只是用來(lái)表示顏色的視覺(jué)印象。因此：顯色性與色溫間沒(méi)有必然聯(lián)絡(luò),不同的色溫可以做到一樣的顯色指數(shù),或者說(shuō),一樣的顯色指數(shù),可以做成不同色溫的光源 。2.5.2 色溫與顯色性的關(guān)系另外，色品坐標(biāo)會(huì)隨正向電

25、流的變化而變化，即光的顏色會(huì)隨正向電流的變化而變化；關(guān)系曲線如右圖主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性2.6 壽命壽命 是評(píng)價(jià)是評(píng)價(jià)led產(chǎn)品可用周期的質(zhì)量目的產(chǎn)品可用周期的質(zhì)量目的,通常用有效壽通常用有效壽命或終了壽命表示命或終了壽命表示.在照明運(yùn)用中在照明運(yùn)用中,有效壽命是指有效壽命是指led在額在額定功率條件下定功率條件下,光通量衰減到初始值的規(guī)定百分比時(shí)所繼光通量衰減到初始值的規(guī)定百分比時(shí)所繼續(xù)的時(shí)間續(xù)的時(shí)間. 1)平均壽命平均壽命一批一批led同時(shí)點(diǎn)亮同時(shí)點(diǎn)亮,當(dāng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后當(dāng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,led不亮到達(dá)不亮到達(dá)50%時(shí)時(shí)所用的時(shí)間所用的時(shí)間.2)經(jīng)濟(jì)壽命經(jīng)濟(jì)壽命在同時(shí)思索在同時(shí)思索le

26、d損壞以及光輸出衰減的情況下?lián)p壞以及光輸出衰減的情況下,其綜合輸其綜合輸出減至一特定比例時(shí)的小時(shí)數(shù)出減至一特定比例時(shí)的小時(shí)數(shù).此比例用于室外光源為此比例用于室外光源為70%,用于室內(nèi)光源為用于室內(nèi)光源為80%. 在評(píng)價(jià)在評(píng)價(jià)LED壽命時(shí)，必需留意此壽命對(duì)應(yīng)的結(jié)溫值壽命時(shí)，必需留意此壽命對(duì)應(yīng)的結(jié)溫值主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性2.7 熱學(xué)特性熱學(xué)特性 LED的主要熱學(xué)參數(shù)有結(jié)溫的主要熱學(xué)參數(shù)有結(jié)溫Tj和熱阻和熱阻Rth有很大的關(guān)系。有很大的關(guān)系。 LED的許多特性參數(shù)與結(jié)溫有很大的關(guān)系的許多特性參數(shù)與結(jié)溫有很大的關(guān)系 ，詳細(xì)如下：，詳細(xì)如下：2.7.1 LED的主波長(zhǎng)隨溫度關(guān)系的主波長(zhǎng)隨溫度關(guān)系

27、 可表示為：可表示為：由上式可知，每當(dāng)結(jié)溫升高10，那么波長(zhǎng)向長(zhǎng)波漂移1nm，且發(fā)光的均勻性、一致性變差。 2.7.2 LED結(jié)溫與壽命的關(guān)系結(jié)溫與壽命的關(guān)系主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性2.7.3 LED結(jié)溫與電流的關(guān)系結(jié)溫與電流的關(guān)系 白光任務(wù)電流根本上隨溫度的升高而升高，表現(xiàn)為白光任務(wù)電流根本上隨溫度的升高而升高，表現(xiàn)為 正溫度特性，近似變化率約為正溫度特性，近似變化率約為0.06mA/2.7.4 LED結(jié)溫與色品坐標(biāo)的關(guān)系結(jié)溫與色品坐標(biāo)的關(guān)系 如右上圖如右上圖主要參數(shù)及特性主要參數(shù)及特性2.7.5 LED結(jié)溫與正向電壓和光通量的關(guān)系結(jié)溫與正向電壓和光通量的關(guān)系 如以下圖如以下圖LED與驅(qū)

28、動(dòng)電源的選擇與驅(qū)動(dòng)電源的選擇1. 1 Led光源的選擇光源的選擇 可以按以下步驟進(jìn)展可以按以下步驟進(jìn)展分析客戶對(duì)光的需求發(fā)光角度某一高度下光斑及照度大小以下舉一例闡明這個(gè)過(guò)程估算所需光通量根據(jù)客戶對(duì)光的需求實(shí)際分析估算出所需光通量；如客戶無(wú)明顯對(duì)光的需求，那么類比傳統(tǒng)光源得出所需光通量初步選定LED必需結(jié)合客戶對(duì)LED專利的要求、對(duì)色溫、顯色性、光效以及壽命等要求來(lái)最終選型測(cè)實(shí)驗(yàn)證LED經(jīng)過(guò)測(cè)實(shí)驗(yàn)證選擇LED能否滿足客戶需求，如未達(dá)客人要求，需分析后再調(diào)整選擇方案1.1.1 分析客戶的光需求分析客戶的光需求 以下是客人對(duì)一款以下是客人對(duì)一款LED臺(tái)燈的要求，分析相關(guān)需求并預(yù)估燈具臺(tái)燈的要求，分

29、析相關(guān)需求并預(yù)估燈具光通量參數(shù)光通量參數(shù);如客戶無(wú)相關(guān)需求，就經(jīng)過(guò)和類似傳統(tǒng)光源的燈具類比，直接如客戶無(wú)相關(guān)需求，就經(jīng)過(guò)和類似傳統(tǒng)光源的燈具類比，直接得出光通量參數(shù)；得出光通量參數(shù)；附件是部分傳統(tǒng)光源的光參數(shù)表。附件是部分傳統(tǒng)光源的光參數(shù)表。LED與驅(qū)動(dòng)電源的選擇與驅(qū)動(dòng)電源的選擇1.1.2 估算所需的理想光通量估算所需的理想光通量 將客戶要求的參數(shù)帶入下表，以估算出所需的理想將客戶要求的參數(shù)帶入下表，以估算出所需的理想總流明數(shù)總流明數(shù)以上是我個(gè)人的推理總結(jié)，請(qǐng)大家在后續(xù)設(shè)計(jì)中不斷驗(yàn)證以上是我個(gè)人的推理總結(jié)，請(qǐng)大家在后續(xù)設(shè)計(jì)中不斷驗(yàn)證 理想總流明數(shù)理想總流明數(shù)=實(shí)際總流明數(shù)實(shí)際總流明數(shù) K維護(hù)系

30、數(shù)維護(hù)系數(shù)U利用系數(shù)利用系數(shù)維護(hù)系數(shù)：普通室內(nèi)用燈具為：維護(hù)系數(shù)：普通室內(nèi)用燈具為：0.8-0.85； 普通室外用燈具為：普通室外用燈具為：0.7-0.75利用系數(shù)：依光學(xué)系統(tǒng)的不同而不同，普通在利用系數(shù)：依光學(xué)系統(tǒng)的不同而不同，普通在0.7-0.95之間。之間。本例取本例取K=0.85，U=0.9，實(shí)際總流明數(shù)，實(shí)際總流明數(shù)=278.3/0.85/0.9=363.8LED與驅(qū)動(dòng)電源的選擇與驅(qū)動(dòng)電源的選擇1.1.3 初選初選LED 思索專利及性能要求思索專利及性能要求 現(xiàn)階段主要現(xiàn)階段主要LED供應(yīng)商在白光供應(yīng)商在白光LED上的專利情況如下上的專利情況如下LED與驅(qū)動(dòng)電源的選擇與驅(qū)動(dòng)電源的選擇

31、 思索專利及特性要求思索專利及特性要求 專利專利: 從上圖可以得出：從上圖可以得出：完全沒(méi)有專利問(wèn)題的公司只需相互交叉授權(quán)的中心五家：完全沒(méi)有專利問(wèn)題的公司只需相互交叉授權(quán)的中心五家：Nichia，Lumileds，Cree，Osram，Toyoda Gosei 和和 經(jīng)多方授權(quán)的經(jīng)多方授權(quán)的Seoul。 目前我們選擇：目前我們選擇： Lumileds，Citizen代表代表Nichia ， Cree， Osram作為作為大大 功率功率LED的一級(jí)品牌，其主要用于對(duì)專利及的一級(jí)品牌，其主要用于對(duì)專利及LED性能性能(如光衰如光衰30%時(shí)時(shí),壽命壽命 5萬(wàn)小時(shí)萬(wàn)小時(shí))均要求很高的客戶。均要求很高

32、的客戶。 選擇選擇Seoul 作為大功率作為大功率LED的二級(jí)品牌的二級(jí)品牌, 其主要用于對(duì)專利要求嚴(yán)厲但對(duì)性其主要用于對(duì)專利要求嚴(yán)厲但對(duì)性 (如光衰如光衰30%時(shí)時(shí), 3壽命壽命4萬(wàn)小時(shí)萬(wàn)小時(shí))要求相對(duì)普通的客戶。要求相對(duì)普通的客戶。2. 根本沒(méi)有專利問(wèn)題根本沒(méi)有專利問(wèn)題,尤其出非日本地域尤其出非日本地域 Epistar, Semileds, Brightlux; 目前我們選擇：目前我們選擇： Epistar, Semileds作為作為L(zhǎng)ED的三級(jí)品牌，其主要用于訂單的三級(jí)品牌，其主要用于訂單 量較小對(duì)專利和性能量較小對(duì)專利和性能(如光衰如光衰30%時(shí)時(shí), 2壽命壽命3萬(wàn)小時(shí)萬(wàn)小時(shí))要求均普

33、通的客戶。要求均普通的客戶。性能性能: 根據(jù)光通量，結(jié)合客戶對(duì)根據(jù)光通量，結(jié)合客戶對(duì)LED其他特性的需求選定其他特性的需求選定LED,各主要各主要LED品品 牌及其產(chǎn)品的主要特性對(duì)比，如附件如要更詳細(xì)的資料應(yīng)參看各公司的目牌及其產(chǎn)品的主要特性對(duì)比，如附件如要更詳細(xì)的資料應(yīng)參看各公司的目 錄經(jīng)過(guò)對(duì)比，我們初選錄經(jīng)過(guò)對(duì)比，我們初選 CREE Xlamp MC-E 9.8W來(lái)滿足客戶需求。來(lái)滿足客戶需求。1.1.4 測(cè)實(shí)驗(yàn)證測(cè)實(shí)驗(yàn)證 經(jīng)測(cè)試經(jīng)測(cè)試,各光需求目的根本達(dá)要求各光需求目的根本達(dá)要求. LED與驅(qū)動(dòng)電源的選擇與驅(qū)動(dòng)電源的選擇LED是電流型器件，最正確驅(qū)動(dòng)電源是恒流源，但限于市場(chǎng)現(xiàn)狀的影響，目

34、前在LED模組上還大量運(yùn)用恒壓源，但在用恒壓源供電時(shí)，在電源與LED間都要串限流電阻，其作用就是將電壓源轉(zhuǎn)換成近似電流源。選擇驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵目的:1. 輸出電流電壓的精度: 普通恒流源電流在8%;恒壓源電壓在2%;2. 功率因數(shù): 普通在75%85%；高功率因數(shù)在85%；節(jié)能之星要求家用 70%，商用 90%。3. 過(guò)載、短路、過(guò)熱維護(hù)；4. 開(kāi)路維護(hù)或限壓維護(hù)(對(duì)恒流源)；5. 過(guò)沖維護(hù)(對(duì)恒流插墻式電源,如電源無(wú)此維護(hù),設(shè)計(jì)LED電路時(shí)應(yīng)在電路上并聯(lián) 電容以消除次極開(kāi)、關(guān)時(shí)大電流對(duì)LED的損傷)。6. 壽命，節(jié)能之星要求家用 70%，商用 90%。7. 初級(jí)帶電，次級(jí)開(kāi)路時(shí)的功耗小于0.3瓦

35、。詳細(xì)LED電源的選配參見(jiàn)附件: 在設(shè)計(jì)LED模組電源時(shí)，還需思索LED的VF Bin。1.2 驅(qū)動(dòng)電源的選擇驅(qū)動(dòng)電源的選擇 LED與驅(qū)動(dòng)電源的選擇與驅(qū)動(dòng)電源的選擇2. 散熱設(shè)計(jì)散熱設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)上面對(duì)經(jīng)過(guò)上面對(duì)LED特性的分析特性的分析 ，LED的熱特性對(duì)其諸多性能的熱特性對(duì)其諸多性能的表現(xiàn)的表現(xiàn) 起著至關(guān)重要的影響，所以有效控制起著至關(guān)重要的影響，所以有效控制LED結(jié)溫是保證結(jié)溫是保證LED正常有效任務(wù)的關(guān)鍵。正常有效任務(wù)的關(guān)鍵。散熱設(shè)計(jì)散熱設(shè)計(jì)2.1 LED的散熱過(guò)程分析 由于散熱器底面與芯片外表之間會(huì)存在很多溝壑或空隙，其中都是空氣。由于空氣是熱的不良導(dǎo)體，所以空氣間隙會(huì)嚴(yán)重影響散熱效率，

36、使散熱器的性能大打折扣，甚至無(wú)法發(fā)揚(yáng)作用。為了減小芯片和散熱器之間的空隙，增大接觸面積，必需運(yùn)用導(dǎo)熱性能好的導(dǎo)熱資料來(lái)填充，如導(dǎo)熱膠帶、導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱硅酯、導(dǎo)熱黏合劑、相轉(zhuǎn)變資料等。如圖1所示，芯片發(fā)出的熱量經(jīng)過(guò)導(dǎo)熱資料傳送給散熱器，再將絕大部分熱量經(jīng)過(guò)對(duì)流強(qiáng)迫對(duì)流和自然對(duì)流的方式帶走到周圍的空氣中，強(qiáng)迫將熱量排除，這樣就構(gòu)成了從LED，然后經(jīng)過(guò)散熱器和導(dǎo)熱資料，到周圍空氣的散熱通路。 所以：好的散熱=好的熱傳導(dǎo)+有效的空氣對(duì)流圖 1基板LED圖圖2 一維熱傳導(dǎo)模型一維熱傳導(dǎo)模型在圖2的導(dǎo)熱模型中，到達(dá)熱平衡后，熱傳導(dǎo)遵照傅立葉傳熱定律：Q=KA(T1-T2)/L (1)式中：Q為傳導(dǎo)熱量W；

37、K為導(dǎo)熱系數(shù)W/m；A 為傳熱面積m2；L為導(dǎo)熱長(zhǎng)度m。(T1-T2)為溫度差。熱阻R表示單位面積、單位厚度的資料阻止熱量流動(dòng)的才干，表示為：R(T1-T2)/QL/KA (2)對(duì)于單一均質(zhì)資料，資料的熱阻與資料的厚度成正比；對(duì)于非單一資料，總的趨勢(shì)是資料的熱阻隨資料的厚度添加而增大，但不是純粹的線形關(guān)系。對(duì)于界面資料，用特定裝配條件下的熱阻抗來(lái)表征界面資料導(dǎo)熱性能的好壞更適宜，熱阻抗定義為其導(dǎo)熱面積與接觸外表間的接觸熱阻的乘積，表示如下： Z(T1-T2)/(Q/A)RA (3)外表平整度、緊固壓力、資料厚度和緊縮模量將對(duì)接觸熱阻產(chǎn)生影響，而這些要素又與實(shí)踐運(yùn)用條件有關(guān)，所以界面資料的熱阻抗

38、也將取決于實(shí)踐裝配條件。導(dǎo)熱系數(shù)指物體在單位長(zhǎng)度上產(chǎn)生1的溫度差時(shí)所需求的熱功率，是衡量固體熱傳導(dǎo)效率的固有參數(shù)，與資料的外在形狀和熱傳導(dǎo)過(guò)程無(wú)關(guān)，而熱阻和熱阻抗是衡量過(guò)程傳熱才干的物理量。熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)散熱設(shè)計(jì)散熱設(shè)計(jì)好的熱傳導(dǎo)：好的熱傳導(dǎo)： 熱傳導(dǎo)系數(shù)熱傳導(dǎo)系數(shù) 鋁鋁 ADC12：96.2 ，鋁，鋁 ADC360：113 選擇導(dǎo)熱系數(shù)高、熱阻低的導(dǎo)熱資料選擇導(dǎo)熱系數(shù)高、熱阻低的導(dǎo)熱資料 ,常見(jiàn)資料導(dǎo)熱系數(shù)常見(jiàn)資料導(dǎo)熱系數(shù) ( W/m ) 如下如下:加大散熱面積加大散熱面積,但思索本錢和外形的影響我們因盡能夠的選擇合理的散熱面積但思索本錢和外形的影響我們因盡能夠的選擇合理的散熱面積及散熱器構(gòu)造

39、及散熱器構(gòu)造, 常見(jiàn)散熱器和散熱設(shè)計(jì)方法引見(jiàn)如下附件常見(jiàn)散熱器和散熱設(shè)計(jì)方法引見(jiàn)如下附件,同時(shí)可一用同時(shí)可一用Icepak, Qled等進(jìn)展熱模擬分析等進(jìn)展熱模擬分析.散熱設(shè)計(jì)散熱設(shè)計(jì)熱對(duì)流熱對(duì)流 合理的散熱器構(gòu)造來(lái)保證熱發(fā)熱區(qū)與外部環(huán)境間有足夠的合理的散熱器構(gòu)造來(lái)保證熱發(fā)熱區(qū)與外部環(huán)境間有足夠的空氣流通空氣流通, 必要時(shí)可用風(fēng)扇強(qiáng)迫對(duì)流散熱。必要時(shí)可用風(fēng)扇強(qiáng)迫對(duì)流散熱。NoImage3. 光學(xué)設(shè)計(jì)光學(xué)設(shè)計(jì) 光學(xué)設(shè)計(jì)光學(xué)設(shè)計(jì) 大功率LED照明在成為照明產(chǎn)品前，普通要進(jìn)展兩次光學(xué)設(shè)計(jì)。把LED IC封裝成LED光電零組件時(shí)，要先進(jìn)展一次光學(xué)設(shè)計(jì)，以處理LED的出光角度、光強(qiáng)、光通量大小、光強(qiáng)分布

40、、色溫的范圍與分布。這就是所謂的一次光學(xué)設(shè)計(jì)。二次光學(xué)設(shè)計(jì)是針對(duì)大功率LED照明來(lái)說(shuō)：普通大功率LED都有一次透鏡，發(fā)光角度為120度左右。二次光學(xué)就是將經(jīng)過(guò)一次透鏡后的光再經(jīng)過(guò)一個(gè)光學(xué)透鏡改動(dòng)它的光學(xué)性能。簡(jiǎn)單地說(shuō)，一次光學(xué)設(shè)計(jì)的目的是盡能夠多的取出LED芯片中發(fā)出的光。二次光學(xué)設(shè)計(jì)的目的那么是讓整個(gè)燈具系統(tǒng)發(fā)出的光能滿足設(shè)計(jì)需求。對(duì)于LED的二次光學(xué)處置不外乎如下幾種： 1、反光杯優(yōu)點(diǎn)：實(shí)際上出光效率高，假設(shè)反光層鍍的好的話； 缺陷：光斑的控制很難，主要是反光杯對(duì)外形和焦點(diǎn)位置非常敏感、 而且經(jīng)常遭到鬼像的干擾。 2、透鏡優(yōu)點(diǎn)：處置方式多樣化、光斑均勻性的問(wèn)題可以比較好的處理； 缺陷：效率相對(duì)不高 3、反光杯+透鏡特殊用途可以思索 4、不處置假設(shè)LED光通量足夠大且發(fā)光角度滿足需求的話，光效率最高 普通來(lái)說(shuō)：假設(shè)要求光斑是圓形，運(yùn)用反光杯比運(yùn)用透鏡損耗要?。患僭O(shè)光斑為非圓形，反光杯本身將有一定的光損耗。另外，在處置20以下光束角的配光需求時(shí)，反光杯會(huì)比透鏡蠢笨很多。光學(xué)設(shè)計(jì)光學(xué)設(shè)計(jì) 3.1 反光杯設(shè)計(jì) 1. 材質(zhì)選擇-反射率高的資料；采用高純度鋁材，或其他材質(zhì)外表鍍金屬覆膜或者其他高反射率的復(fù)合資料，普通可以獲得的反射效率在85%98% ,不同