LED灯具的光学技术.ppt

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1、LED灯具的光学技术一.光效1.LED发光原理LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是

2、LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。2.光效的概念LED光源光效：光源所发出的总光通量（流明、亮度）与该光源所消耗的电功率（瓦）的比值，称为该光源的光效。LED灯具系统光效:LED路灯灯具的光通量与灯具系统实际消耗的功率的比值。3.提高LED光效的途径选择和提高芯片的发光效率。将芯片发出的光有效地萃取出来。将萃取出来的光高效地导出LED元件外。提高荧光粉的激发效率。降低LED的结温。减少封装用胶和荧光粉的质变。减去或选择高透过率的灯罩。选择高效和优质的驱动电源。减少LED封装过程中和光源腔的污染。4.LED灯具光效的

3、分析序号项目分立式光源灯具集成式光源灯具扬子过孔单片式LED灯具1LED光源光效100lm/w100lm/w100lm/w2配光透镜或反光罩损失10%损失10%损失10%3灯罩损失10%损失10%无4工作温度使结温上升结温65℃左右，损失8%结温75℃左右，损失10%结温55℃左右，损失6%5驱动电源光源效率在90%效率在90%效率在90%6系统利用率0.9×0.9×0.92×0.9=0.670.9×0.9×0.9×0.9=0.650.9×1×0.94×0.9=0.767系统光效100×0.67=67lm/w100×0.65=65lm/w100×0.76

4、=76lm/w为了有可比性，LED光源光效以100lm/w计算。此系统光效为初始值计算的比较，随着灯具的工作时间、工作环境变化以及灯具自身材料的影响，会产生光衰减，此表中的数据会逐步下降。二.光衰1.光衰的概念LED光衰是指LED经过一段时间的点亮后,其光强会比原来的光强要低,而低了的部分就是LED的光衰.2.LED灯具光衰产生的原因LED光源的光衰LED配光透镜引起的光衰LED光源腔及灯罩污染引起的光衰LED灯具热管理不当引起的光衰驱动电源品质下降引起的光衰2.1光源的光衰LED光源的光衰主要由LED晶片、荧光粉、固晶胶、封装胶、支架的封装工艺结构和使

5、用不当引起的。2.1.1荧光粉对白光LED光衰，影响是第一位。在功能性照明中，最常采用的是在蓝光晶片上涂抹一层黄色荧光粉，使蓝光和黄光混合成白光，所以荧光粉的材质对白光LED的衰减影响很大，特别在涂抹荧光粉时，要使用树脂胶与荧光粉调配，这样由于树脂胶的存在更加大了荧光粉的光衰，光衰主要产生在LED工作时温度升高的情况下尤为突出，因此，选用好的荧光粉和好的调配胶，同时控制结温显得非常重要。2.1.2蓝光LED晶片自身的快速衰退，影响是第二位。首先，蓝光LED晶片由于外延材料的原因，就在工作时有衰减。目前常用的蓝光晶片存底材质一般为碳化硅和蓝宝石，碳化硅一般

6、设计为单点极，其导热效果比较好，蓝宝石一般设计为双电极，热阻较大，导热效果较差；第二，是晶片的尺寸大小，在晶片材质相同时，尺寸大小不同衰减也有一定的差距，因此选择材料较好的LED晶片和合适的尺寸大小也是很重要的。2.1.4封装保护膜对LED光衰的影响。在LED封装和保护用胶常采用环氧树脂胶和硅胶。由于环氧树脂胶在紫外线照射下会黄化，使光的透过率急剧降低，因此这也是引起LED光衰的原因之一；硅胶对紫外线不太敏感由于其折射率小于环氧树脂，所以初始光效略低。2.1.3固晶胶对LED光衰的影响在大功率LED封装上通常用到的固晶胶，有环氧树脂胶、硅胶和银胶三种固晶

7、胶，由于其材料不同，特性不同，导热性能不同，对LED光衰影响也比较大，尤其是树脂胶影响最大，但由其于价格低常被采用。2.1.7使用不当引起的光衰不恰当地供电，造成电流大于安全工作的要求，会引起LED光衰。使用时散热条件不好，使LED芯片的温度过高，产生光衰。2.1.6封装工艺结构对LED光衰的影响由于封装的工艺和结构不同在LED工作时由于这些工艺和结构会使导热不畅、温度上升，从而引起光衰减，是与荧光粉和封装胶相比影响小得多。2.1.5支架对LED光衰的影响支架的材料有铜支架、铁支架、铝支架和陶瓷基架，由于导热性能不同和热阻的存在，在一定的条件下会引起结温

8、升高，从而导致光衰。2.2LED透镜配光引起的光衰为达到理想的光型和光斑，常在L