LED灯具结构分析报告

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
4.3.2、封装
LED的后工艺封装是否合理也是影响LED灯具寿命的重 要因素之一。目前全球几大公司如cree、lumilends、 日亚等较高水平的LED封装都有专利保护,这些公司的 后工艺封装要求水平都比较高,LED的寿命因而就有所 保证。
目前大多数企业的LED后工艺封装仿制较多,从外形 看还可以,但是工艺结构及工艺质量较差,严重影响 LED的寿命;
荧光灯:
‘TL’D 58W 5200
lm
• 人眼的灵敏度和绿色植物光合作用
相对视觉灵敏度
1, 0
0, 8
0, 6
0, 4
0, 2 0 400
人眼
绿色植物
555 nm
500
600
675 n m
700
800
波长 (nm)
• 什么是发光强度?
光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在 该方向上的光强度(简称光强),以 I 表示.单位为坎德拉 (cd)
。 衡量LED光电性能的主要参数如表1所示。
5.1、 照明的四个基本度量
光通量 照度
光强度
亮度
• 什么是光通量?
光源在单位时间内发出的光的总量称光通量,以 F表示.
单位为流明(lm)
1w(波长555纳米)=683 流明
常见某些光源的光通量:
自行车头灯:
、3W 30 lm
白志灯:
75W 900 lm
散热设计
最短的热传到路径,减小热传导阻力; 增大相互传导面积,增加热传到速度; 合理的计算设计散热面积; 有效的利用热容量效应。
4.3.3、灯具设计 灯具设计是否合理,这也是影响LED灯具寿命的关键问题。合理的
灯具设计在满足灯具其它指标之外,一个关键要求是要将LED点亮 时产生的热能散发出来,即就是采用cree等公司的优质LED原装品 ,使用在不同灯具上,LED的寿命可以相差几倍甚至几十倍。例如 现在市场上有集成光源灯具的销售(单颗30W、50W、100W),这 些产品光源与散热通道接触部分散热不畅,结果导致有些产品在点 亮1~3个月就光衰50%以上,有些产品使用0.07W左右的小功率管 ,由于没有合理的散热机构,导致光衰非常快,甚至有些城市政策 性推广,结果闹出一些笑话。这些产品技术含量低、造价低、寿命 短;
图1. Cree公司的LED的光衰曲线
当结温从115℃提 高到135℃,就会 使寿命从50,000小 时降低到20,000小 时。其他各家公司 的光衰曲线应当可 以向原厂索取。
图2. Lumiled 公司的LuxeonK2的光衰曲线
4.2.2 延长寿命的关键:降低其结温
降低结温的关键就是要有好的散热器。能够及 时地把LED产生的热散发出去。
外去测定。
• 图4. LED伏安特性的温度特性
如何具体测算LED的结温?
要求已经把LED安装到散热器里,并且是采用恒流驱动 器作为电源。同时要把连接到LED去的两根线引出来。 在通电以前就把电压表连接到输出端(LED的正极和负 极),然后接通电源,趁LED还没有热起来之前,马上 读出电压表的读数,也就是相当于V1的值,然后等至少 1小时,等它已经达到热平衡,再测一次,LED两端的 电压,相当于V2。把这两个值相减,得出其差值。再被 4mV去除一下,就可以得出结温了。实际上,LED多半 为很多个串联再并联,这也不要紧,这时的电压差值是 由很多串联的LED所共同贡献,所以要把这个电压差值 除以所串联的LED数目再去除以4mV,就可以得到其结 温。
•假定对LED以Io恒流供 电,在结温为T1时,电 压为V1,而当结温升高 为T2时,整个伏安特性 左移,电流Io不变,电压 变为V2。这两个电压差 被温度去除,就可以得到 其温度系数,以mV/ºC表 示。对于普通硅二极管,
这个温度系数大约为2mV/ºC。但是LED大多 数不是用硅材料制成的, 所以它的温度系数也要另
• (2)可靠寿命TR:指一批电子器件产品的可 靠度R(t)下降到γ时,所经历的工作时间。
ln
TR
(3)中位寿命:指产品的可靠度R(t)将为 50%时的寿命。
T 0.5 ln0.5
• (4)特征寿命:指产品的可靠度R(t)降为 1/e时的寿命。
4.2、 LED寿命
假如不考虑电源和驱动的故障,LED的寿命表现 为它的光衰,也就是时间长了,亮度就越来越暗 ,直到最后熄灭。通常定义衰减30%的时间作为 其寿命。
度值可降低25%以上。
应该尽可能选用有最佳显色指数和发光效率高的光源 采用适当的照度,以便以最小的能量费用获得良好的视觉
外观效果。
照度、色温低的空间印象
绿色的线条内是基本 上让人感觉心情舒畅 的范围。(只从色温
和照度的视点)
照度低、显色指数低的 空间=
阴湿的空间印象。 阴郁的空间印象。
5.4、眩光评价方法
4.3、 LED灯具寿命的依赖度
LED寿命可以达到100000小时 ? 这只是水平较高LED的理论数据,是省略了一些
边界条件(即理想条件)下的数据,而LED在真 正使用时还有很多因素影响其寿命,主要有以下 4个因素: 1、芯片 2、封装 3、灯具设计 4、电源
4.3.1、芯片
LED在制造过程中,其它杂质离子的污染、晶格缺陷等 工艺过程都会影响LED的寿命,所以要采用高品质的 LED是首要条件;
4.2.1 LED的光衰
大多数白色LED是由蓝色LED照射黄色荧光 粉而得到的。引起LED光衰的主要原因有两个, 一个是蓝光LED本身的光衰,蓝光LED的光衰远 比红光、黄光、绿光LED要快。还有一个是荧光 粉的光衰,荧光粉在高温下的衰减十分严重。
各种品牌的LED它的光衰是不同的。通常LED 的厂家能够给出一套标准的光衰曲线来。例如
33005000K
左右 小于 3300K
清凉(带蓝的 白色)
中间(接近自 然光)
温暖(带桔花 的白色)
清冷的感觉
无明显视觉心 理效果 温暖的感觉
三基色荧 光灯
水银灯 三汞基灯色荧光

u金卤灯
白炽灯 石英卤素

色温(<3300K)较低的空 间
色温(>5000K)较高的空 间
(色温感知)表二
色温
感知
光色
二、 显色性 光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性,也就是颜色逼
真的程度,显色性高的光源对颜色表现较好,我们所见到的颜色 也就接近自然色,显色性低的光源对颜色再现较差,我们所见到 的颜色偏差也较大,用显色指数(Ra)表示。
国际照明委员会CIE把太阳的显色指数定为100,各类光源的显 色指数各有相同, 如:高压钠灯的显色指数为Ra=23,荧光灯管显色指数Ra=60-90。 显色指数越接近100,显色性就越好。
60>Ra≥4 0
40>Ra≥2 0
机械加工、热处理、铸造等 仓库、大件金属库等
5.3、 颜色显色性和照度
光源的显色指数与照度一起决定环境的视觉清晰度。 研究表明,在照度和显色指数之间存在一种平衡关系:用 显色指数Ra>90的灯照明办公室,就其外观的满意程度来说, 要比用显色指数低的灯(Ra<60)照明的办公室效果好,照
4.4.4、电源 灯具使用电源是否合理。LED是电流驱动器件,若电源电流波动较
大,或者电源尖脉冲出现频率较高,都会影响LED光源的寿命。电 源本身的寿命主要取决于电源设计是否合理,在电源设计合理前提 下,电源的寿命就取决于元器件的寿命。
输出驱动电压选择:
20W以内市电驱动时48V左右比较合适; 较大的功率市电驱动输出电压36V左右最合适; 离线式照明大部分是12V和24V电压。
一、 色温 将一标准黑体加热(如白炽灯中的钨丝),随着温度升 高黑体的颜色开始沿着深红-浅红-橙-黄-白-蓝逐渐改变, 当某光源发出的光的颜色与标准黑体处于某温度的颜色相 同时,我们将黑体当时的绝对温度称为光源的色温,以绝
对温度K来表示。基本色 如表所示:
(色温常识)表一
色温
光色
气氛效果
大于 5000K
在视野范围内有亮度极高的物体,或亮度对比过大,或空间和 时间上存在极端的对比,就可引起不舒适的视觉,或造成视功 能下降,或同时产生这两种效应的现象,称为眩光。眩光是影 响照明质量的最重要因素。 从眩光的作用来看可分直接眩光和反射眩光,直接眩光是在观 察物体的方向或接近这一方向内存在发光体所引起的眩光。反 射眩光是发光体的镜面反射,特别是在观察物体方向或接近这 一方向出现镜面反射所引起的眩光。
如下图:不同显色指数下的物体所呈现出来的效果:
自然的显示方法
效果显色
忠实地再现 色彩
光源一般显色指数类别
显色类别
一般显色 指数范围
适用场所举例
A I
B

Ra≥90
颜色匹配、颜色检验等
90>Ra≥8 印刷、食品分检、油漆、店铺、
0
饭店等
80>Ra≥6 机电装配、表面处理、控制室、
0
办公室、百货等
ⅢⅣ
感觉
照明效果
2000- 日出0.5小 金黄-白
wenku.baidu.com
3000K

中带红
温暖
稳重
3000K4500K
日出2小 时
白中带黄 中间偏暖
自然
4500K- 日出4小

5600K

中间
舒适
>5600K
阴天
白中带蓝 中间偏凉
耀眼
(不同色温空间效果)图例说明:
色温低
色温高
K值(色温)越低,光色越偏红。 K值(色温)越高,光色越偏蓝。
√基于串并联安全考虑出负载合适的驱动电压值,尽量统一电压值 减小电源设计规格成本;
√基于安规规定,产品设计要符合认证要求,流峰值超过42.4Vac 或直流超过60Vdc的电压 ;
√从解决LED照明市场大规模上量的技术和品质问题考虑。
五、LED照明器具所要求的 光特性
目前,LED主要用于三大领域: 1) 显示:如指示灯、信号灯、警示灯、显示屏等; 2) 照明:手电筒、矿灯、定向照明灯、辅助照明灯等; 3) 功能辐射:如生物分析、光疗、光固化、植物照明等
四、LED灯具寿命与信赖度
4.1、电子器件的寿命
在某一个特定电子器件个体发生失效之前 ,难以标明其确切的寿命值,但明确了某 一批电子器件产品的失效率λ(t)特征后 ,就可以得到表征其可靠性的若干寿命特 征量,如平均寿命、可靠寿命、中位寿命 、特征寿命等
(1)平均寿命μ:指一批电子器件产品寿命 的平均值。 μ MTTF 1 λ
从哪些方面对光进行测量?它们分别是通过什 么进行测量的? -光通量(图)
1. 光源 2. 非透明屏Opaque screen
3. 光电池 4. 光射线(反射一次) 5. 光射线 (反射两次)
-发光强度:测向光度仪(图) -照度:照度计(图) -亮度:亮度计(图)
4
5
2
3
1
5.2、 光源的色温及显色性
I
* 发光强度是通过照度计在距离光源较大一段距离 时测量的。
• 什么是照度?
入射于被照物体单位面积上的光通量就 是照度。以E表示。单位为勒克斯 (lx=lm/m2)
* 照度与光通量入射到表面的方向无关。
• 通常室内外照度等级
(中午阳光下不同位置的照度)
100 lux 2500 lux 100 000 lux
通常LED是焊接到铝基板,而铝基板又安装到 散热器上,假如只能测量散热器外壳的温度, 那么要推算结温就必须知道很多热阻的值。包 括Rjc(结到外壳),Rcm(外壳到铝基板,其 实其中还应当包括薄膜印制版的热阻),Rms (铝基板到散热器),Rsa(散热器到空气) ,其中只要有一个数据不准确就会影响测试的 准确度。
5000 lux 10 000 lux
• 什么是亮度?
光源在某一方向的光亮度(简称亮度)是光源在该方 向上的单位投影面在单位立体角中发射的光通量.
以L表示.单位为坎德拉/平方米 (cd/m2)
* 亮度是根据对比而来,因此是由主观感觉决定的, 它取 决于照度和材料的反射特性。因为在计划阶段,这些材料 大部分是未知的,因此只有照度是可以预知的。
美国Cree公司的光衰曲线就如图1所示。
从图中可以看出,LED的光衰是
和它的结温有关,所谓结温就是半 导体PN结的温度,结温越高越早
出现光衰,也就是寿命越短。从图 上可以看出,假如结温为105度, 亮度降至70%的寿命只有一万多 小时,95度就有2万小时,而结温 降低到75度,寿命就有5万小时, 65度时更可以延长至9万小时。所 以延长寿命的关键就是要降低结温。
图3给出了LED到散热器各个热阻的示意图 。其中合并了很多热阻,使得其精确度更加 受到限制。也就是说,要从测得的散热器表 面温度来推测结温的精确度就更差。
图3. LED到散热器各个热阻的示意图 但可以根据LED伏安特性间接推算结温
LED伏安特性的温度系数
我们知道LED是一个半导体二极管,它和所有二极管一样 具有一个伏安特性,这个伏安特性有一个温度特性。其特 点就是当温度上升的时候,伏安特性左移。图4中画出了 LED的伏安特性的温度特性。
相关文档
最新文档