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LED(LightingEmittingDiode)照明即是發光二極體照明,是一種半導體固體發光器件。它是利用固體半導體晶元作為發光材料,在半導體中通過載流子發生複合放出過剩的能量而引起光子發射,直接發出紅、黃、藍、綠色的光,在此基礎上,利用三基色原理,添加熒光粉,可以發出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色等任意顏色的光。LED照明產品就是利用LED作為光源製造出來的照明器具。

1簡介

照明特性
極限參數的意義
(1)允許功耗Pm:允許加於LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值,LED發熱、損壞。
(2)最大正向直流電流IFm:允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極體。
(3)最大反向電壓VRm:所允許加的最大反向電壓。超過此值,發光二極體可能被擊穿損壞。
(4)工作環境topm:發光二極體可正常工作的環境溫度範圍。低於或高於此溫度範圍,發光二極體將不能正常工作,效率大大降低。
不改變材質的前提下,在LED的極限範圍內,提高亮度的手段就是提高電流,隨著電流升高,LED發熱量會劇增。使用過LED光源便攜投影機的,或微投的朋友,一定都深有體會,LED光源的投影機,非常熱,而且普遍會有明顯的噪音。這些產品,機身小是一方面,關鍵還是其自身發熱量較大所致。
隨著功率的增加,LED的散熱問題顯得越來越突出,大量實際應用表明,LED不能加大輸入功率的基本原因,是由於LED在工作過程中會放出大量的熱,使管芯結溫迅速上升,熱阻變大。輸入功率越高,發熱效應越大。溫度的升高將導致器件性能變化與衰減,非輻射複合增加,器件的漏電流增加,半導體材料缺陷增長,金屬電極電遷移,封裝用環氧樹脂黃化等等,嚴重影響LED的光電參數。甚至使功率LED失效。因此,對於LED器件,降低熱阻與結溫、對發光二極體的熱特性進行研究顯得日趨重要。
LED照明系統的可靠性
LED驅動電源壽數偏低的一個重要原因是驅動電源所需的鋁電解電容的壽數缺乏,首要原因是長時間作業時LED燈內部的環境溫度很高,致使鋁電解電容的電解液很快被耗干,壽數大為縮短,通常只能作業5千小時左右。而LED光源的壽數是5萬小時,因而鋁電解電容的作業壽數就成為了LED驅動電源壽數的短肋。
  如今有些供貨商為了處理這個難題,創造了無鋁電解電容的LED驅動電源計劃。但並不是所有的LED驅動電源供貨商都擁護這種做法。陳嶸指出:「當前量產的LED驅動電源中沒有一款是選用了無電解電容的驅動計劃,由於沒有它的話,許多試驗規範通不過,如EMI測驗和無閃爍測驗。」
  而選用鋁電解電容的LED驅動電源計劃很簡單通常以上測驗, pcb抄板若是換成薄膜電容和陶瓷電容或鉭電容,情況如何呢?薄膜電容要到達一樣的電容量(通常為100-220uF),體積就會很大,並且本錢也太高,陶瓷電容通常容量太小,如用多個陶瓷電容完成這麼大的容量,占板面積和本錢都太大,鉭電容要具有這麼大容量,一是太貴,而是耐壓太低達不到需求,因而換成其它任何品種的電容,基本上不是體積太大,就是太貴,如為了這些缺陷換成容量較小的電容,消除紋波的作用就沒有那麼好,許多出口產品所需的嚴厲認證測驗目標就無法經過,因而當前高質量的LED驅動電源仍是遍及選用鋁電解電容。
  許多供貨商聲稱的無電解電容LED驅動電源計劃,很可能僅僅去掉了AC輸入端的鋁電解電容,恆流輸出端的鋁電解電容應該是很難去掉或代替的。
  NXP推了一款可TRIAC調光的內嵌了驅動電源的13WLED燈泡,這款根據SSL2102的驅動電源計劃選用了鋁電解電容。當筆者問及該燈泡的作業壽數時,鋁電解電容的作業壽數難題肯定會影響到整個LED燈泡的壽數,但能夠採納一些物理方法來減輕這個難題,如將鋁電解電容在PCB上方位接近燈尾,通常來說,最接近LED光源有些的溫度最高,可到達100-200℃,散熱金屬外殼有些其次,通常為100℃左右,燈尾有些最低,通常為70℃左右,因而只需注重把鋁電解電容的方位接近燈尾,其壽數就不會衰減得太兇猛。咱們的試驗標明,它的壽數還可到達1萬小時左右,相當於10年使用時間,這關於通常家庭用戶來說,十年換一次LED燈泡基本上是能夠承受的。
綠色環保
不含汞、鉛等對環境污染很大的重金屬,發光時會產生紫外線,因此LED照明不會象傳統的燈具那樣有很多蚊蟲圍繞在光源旁使環境變得更加乾淨衛整潔;金屬殼恆流驅動的創新設計使產品電能轉換成光效率非常高。
歷史
應用半導體P·N結髮光源原理製成LED問世於20世紀60年代初,1964年首先出現紅色發光二極體,之後出現黃色LED。直到1994年藍色、綠色LED才研製成功。1996年由日本Nichia公司(日亞)成功開發出白色LED。
LED以其固有的特點,如省電、壽命長、耐震動,響應速度快、冷光源等特點,廣泛應用於指示燈、信號燈、顯示屏、景觀照明等領域,在我們的日常生活中處處可見,家用電器、電話機、儀錶板照明、汽車防霧燈、交通信號燈等。但由於其亮度差、價格昂貴等條件的限制,無法作為通用光源推廣應用。
近幾年來,隨著人們對半導體發光材料研究的不斷深入,LED製造工藝的不斷進步和新材料(氮化物晶體和熒光粉)的開發和應用,各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展,其發光效率提高了近1000倍,色度方面已實現了可見光波段的所有顏色,其中最重要的是超高亮度白光LED的出現,使LED應用領域跨越至高效率照明光源市場成為可能。曾經有人指出,高亮度LED將是人類繼愛迪生髮明白熾燈泡后,最偉大的發明之一。
驅動方案
驅動方案一般來說有兩種: 線性驅動和開關型驅動。
線性驅動應用是一種最為簡單和最為直接的驅動應用方式。在照明級白光LED應用中,雖然存在著效率低、調節性差等問題,但是由於其電路簡單、體積小巧,能滿足一些特定的場合應用較多。
開關型驅動可以獲得良好的電流控制精度和較高的總體效率,應用方式主要分為降壓式和升壓式兩大類。降壓式開關驅動是針對電源電壓高於LED的端電壓或者是多個LED採用並聯驅動情況下的應用。升壓式開關驅動是針對電源電壓低於LED的端電壓或者是多個LED採用串聯驅動情況下的應用。
一般認為,隔離型驅動安全但效率較低,非隔離型驅動效率較高,應按實際使用的要求來選。
設計一般的基本LED驅動器照明應用相對較簡單,但是如果還需要其它功能如相位控制調光和功率因子校正(PFC),設計就變得複雜。無功率因子校正功能的非調光LED驅動器通常包含一個離線式開關電源,用於恆定電流下調節輸出。
LED驅動器的後端架構包含一個具有短路保護功能的電流調節電路。可以利用線性調節電路達到這一目的,然而這種方法本身效率低下,因此適用低輸出電流,通常不會應用到多級架構中去。替代方法是使用簡單的、具有電流回饋功能的降壓穩壓器電路,以便限制了輸出電流超過期望的LED驅動電流。其抵消了總LED正向電壓隨溫度和器件容差的變化,還限制了出現短路或其它故障條件時的電流,從而能夠保護驅動器免遭損壞。
應用領域
LED照明燈具里,底燈,吊燈,投射燈等裝飾用,反射用途的LED照明燈具可以完全勝任於任何場合,包括美術館,博物館等對顏色度要求較高的場所。但是對於商場,寫字樓等大規模設施來說,作為大範圍照明的LED燈具雖然已經誕生,但是其指向性(LED晶元發出的光是直線,發散性不好)太高,造成大面積內設計平均的照度很困難。燈管型LED照明燈具排列過密,設計成本過高,失去節能效果。因此,現階段裝飾用途場合,LED照明燈具完全可用,大面積室內照明還不成熟。
1)、信號指示應用:信號照明是LED單色光應用比較廣泛也是比較早的一個領域,約佔LED應用市場的4%左右。
2)、顯示應用:指示牌、廣告牌、大屏幕顯示等,LED用於顯示屏幕的應用約佔LED應用的20%—25%,顯示屏幕可分為單色和彩色。
3)、照明應用:
①便攜燈具:手電筒、頭燈、礦工燈、潛水燈等;
LED照明手電筒

  LED照明手電筒

②汽車用燈:高位剎車燈、剎車燈、轉向燈、倒車燈等,大功率的LED已被大量用於汽車照明中。
③特殊照明:太陽能庭院燈、太陽能路燈、水底燈等;由於LED尺寸小,便於動態的亮度和顏色控制,因此比較適合用於建築裝飾照明。
④背光照明:普通電子設備功能顯示背光源、筆記本電腦背光源、大尺寸超大尺寸LCD顯示器背光源等,LED作為手機顯示的背光源是LED應用最廣泛的領域。
⑤投影光源:投影儀用RGB光源;
⑥普通照明:各類通用照明燈具、照明光源等分為商業照明和家居照明;

2市場

需求
一、中高級專賣店、商場等室內商業氣氛照明
LED光源節能環保、無紫外線,迎合了某些商家展示個性化光環境的心理,成了一些商家針對某些特殊產品展示的偏好光源;它全光譜的色彩範圍很適合烘托專賣店和商場的氣氛,LED光源在局部照明、重點照明和區域照明方面的優勢,能營造出其他傳統照明電光源所無法比擬的高品質光環境,非常適合商業照明網域。這時候,價格成了次要考慮的因素。
二、娛樂場所、美容院照明
LED整合的光源具備全特性容易控制,可以創造靜態和動態的照明效果,從白光到全光譜的任意色彩,渲染出一種強烈的娛樂氣氛來,LED的出現給這類空間環境的裝潢設計開啟了新的思路。
三、酒吧、咖啡廳等休閑場所的氣氛照明
LED光源體積小,固態發光,給了燈飾製造商無限的發揮空間,可以專業製作各式不同風格的LED燈飾,而LED全光譜的任意色彩和動靜態的照明效果讓它的裝飾性和製造情調的功能在這一類場所表現得淋漓盡致。
四、博物館、美術陳列館等專業場所的照明
博物館、美術陳列館等場所屬於對照明環境要求較高的特殊場合,其展示物品的特殊性要求照明光源不含紫外線,沒有熱輻射。LED是冷光源,光線中不含紫外線,完全可以滿足博物館、美術陳列館對照明的特殊要求。
五、商業性劇場、電視演播廳舞蹈和攝影的舞台照明
LED光源在室內照明的應用,給劇場、演播廳的照明環境詮釋了一個新的概念。作為一流的英國電視台,GMTV將演播室的照明改為變色LED,照明方面的能源利用減少了60%以上,演播室的溫度也降到更為舒適的程度。
六、旅館、酒店、賓館照明酒店、賓館的照明
運用LED產品,給顧客帶來一種不一樣的感受,除了節約能源之外,還能盡顯豪華和溫馨,對業主而言,LED營造的個性化的光環境可以充分彰顯企業的實力。
七、會議室、多功能廳照明
智能化控制的LED灰階可調,可以依據會議內容的不同調整會議室或多功能廳的照明環境,嚴肅或是活潑可以自由設定,LED智能化照明可以滿足不同會議主題對光環境的需求。
八、展覽會、時裝表演照明
展覽會、時裝表演是商家展示其產品和服務的場地。對商家而言,為了更好的吸引顧客,推銷商品並最終達成合作協定,他們需要個性化的光環境來展示其產品和服務,LED在展覽會和時裝表演照明領域大有用武之。

發展

LED照明燈具市場發展越來越熱,從眼下的市場來看,不就以後LED照明燈具產業就將迎來行業的高速發展時期。國外來看,目前最先推廣的領域也是在2,3兩項,反而LED路燈這塊連洋人都很謹慎。所以做盲目LED路燈的老闆很可能會成為「革命先驅」,而其他兩個市場反而會培養很多行業的「領軍」力量。
大陸目前最熱的是LED路燈,在科技部十城萬盞的推動下,以驚人的熱情在推進,很多人都扎進這個市場,看起來是最先起來的照明領域。全國有21個試點城市,預計100萬盞,科技部計劃批複50個城市,預計200萬盞,這就是中國特色!也算是創造中國速度!不過整體產品成熟度令人擔憂;也可能是照明領域最先被做爛的一個市場,有重蹈LED護欄燈初期之嫌,泡沫是否已經比較嚴重?雖然很繁榮、很熱鬧,可以預見的是經過政府拿錢,最終經過2-3年會培養出來一批不錯的LED光電科技的公司,這也許是政府最終的目的所在。
LEDT8管應用,從市場產品方案來看,已有接近商品化產品推出,是最先可成熟推廣的一個市場。可做停車場,商場,廣告背光等市場;而且以產品成本和售價已基本接近商業應用臨近點(150)。好的產品,無論在光學,散熱,和電源處理上都有比較成熟的方案。產品也最接近商品化。當然,市場還存在大量的低品質產品。這是目前最大的挑戰。隨著美國能源之星和歐盟相關標準的出台,相信以上問題會有很大的改觀,也就是說,T8-LED的商業化推廣也就會開始。
led燈杯,應該來講,燈杯是LED照明最先開始的一個領域之一,一直以來主要是產品方案不夠成熟,所以很難大規模應用。從以前的壓鑄,改為鋁擠型材;但是真正能解決散熱和電源的產品還沒看到,也就是,至今沒有一個可以商品化應用的產品方案。雖然LED本身成本已大幅下降,但市場一直是沒有大的起色。國外一些報導東芝有推出一些可以很好解決燈杯散熱和電源的產品,如果真是這樣的話,燈杯的市場應該是會緊隨T8-LED其後,很快起來。也是LED最先有希望做大一個領域之一。
就當前行業發展的水準來看,LED照明還沒有足夠的能力打破傳統照明觀念,依然停留在取代型路線上;而在取代型路線裡面,LED照明還必須依賴政府政策指引。也就是說,雖然LED照明某些領取發展到足夠成熟的程度,但是相對於整個市場而言,其還處在一個起步階段的雛形層面上。
隨著LED照明產業競爭的不斷加劇,大型LED照明企業間併購整合與資本運作日趨頻繁,國內優秀的LED照明企業愈來愈重視對產業市場的研究,特別是對企業發展環境和客戶需求趨勢變化的深入研究。正因為如此,一大批國內優秀的LED照明品牌迅速崛起,逐漸成為LED照明產業中的翹楚!

3白熾燈

進步
眾所周知,白熾燈是愛迪生的重要發明,這個重要的發明使人類從此告別了黑暗,迎來了光明.但是白熾燈太耗電了,它大概只有不到十分之一的能量才變成了光能,其它都是熱能白白的被浪費掉了。所以人們都在想辦法要用新的光源來替代白熾燈,節能燈就應運而生了。由於它相比而言便宜又好製作,所以就得到了大量的應用,有逐步取代白熾燈的趨勢.
原理
節能燈的兩極是普通的鎢絲.鎢絲通電發熱后,就能發射出電子.在燈管兩側加上比較高的電壓,形成電場,這些電子就會在燈管里被加速,形成有一定速度和能量的電子流. 燈管是被抽成真空的,裡面充有汞,就是我們稱為的水銀。
在燈管通電發熱的情況下,這些水銀從液態蒸發就變成了氣態.形成遊離狀態的汞原子。電子流中的電子以一定速度打在汞原子上,使汞原子受到激發,變成激髮狀態的電離子.稱為發生了階躍,激髮狀態的汞過了很短的時間就自發地回落到原來的狀態,同時釋放出紫外線光,紫外線光不能用來照明.於是我們在燈管的內壁塗了一些熒光物質,在紫外線光的轟擊下,熒光物質受到激發以後,就能發出比較自然的光線, 可用於我們照明。
市面上較常見的節能燈管有一般的普通燈管及漸為主流的三基色燈管,和白熾燈泡相比都有省電的優點。所不同的是普通燈管的顯色性偏低,而三基色的燈管則呈現出自然的陽光色,並且在顯色性及光效率上都更勝過一般的普通燈管。從上面我們就可以知道,汞在節能燈管中是起中介作用的,沒有汞,節能燈就不會發光。每支燈管里的汞是很少的。
汞進入人體后很難被排除。筆者工廠的工人有十多年沒有接觸汞了,但檢查身體汞的含量仍然很高,而且隨時都還在打排汞針。所以筆者對節能燈有種本能的恐懼。其實含汞照明燈在使用過程中一般沒有什麼污染,污染主要是報廢后電光源被隨意丟棄,破裂造成汞擴散到空氣中,危害人體健康,污染環境。由於回收困難和回收價值太低,加之它還有許多的其它弊病,所以唯一的辦法就是淘汰它。
所以為了克服節能燈以上的缺點,LED照明應運而生。LED燈杯、射燈等成為室內照明的主流,也將取代節能燈,成為下一代家庭照明的主流產品。
缺點
1、生產過程中和使用廢棄後有汞污染,西方國家對汞污染是相當的重視.國人也越來越認識到了汞污染的危害性.
2、由於是玻璃製品,易破碎,不好運輸,不好安裝.
3、其耗電量對比LED燈還是偏大了些.
4、容易損壞,壽命短,節能不省錢,這句話就是它的最好寫照.
優點
1,節能:白光LED的能耗僅為白熾燈的1/10,節能燈的1/4.
2,長壽:一個LED燈杯的壽命可達5萬小時以上,對普通家庭照明來說可謂一勞永逸。
3,可以工作在高速狀態:節能燈如果頻繁的啟動或關斷燈絲就會發黑很快的壞掉。
4,固態封裝,屬於冷光源類型。所以它很方便運輸和安裝,可以被裝置在任何微型和封閉的設備中,不怕振動。
5,LED技術正日新月異的在進步,它的發光效率正在取得驚人的突破,價格也在不斷的降低。一個白光LED進入家庭的時代正在迅速到來。據「CPL燈杯」的工程部劉總介紹,未來的照明發展趨勢必將是LED燈杯等室內照明產品淘汰節能燈的使用。
6,環保,沒有汞的有害物質。
7、對人身無輻射作用.
優勢
應用於傳統商業照明的燈飾包括白熾燈、節能燈、金鹵燈等,相比這些傳統燈飾,白光LED具有5大優勢:
1、節能,LED商業照明一般只有1到10W,在亮度與傳統商照相差不多的情況下,耗電少;
2、環保,LED為可回收光源,而節能燈、鹵鎢燈等都含有污染環境的金屬元素(如汞),回收成為一大難題;
3、安全,LED光源發熱不高;
4、壽命長,理論上LED光衰可以減到70%的標稱壽命10萬小時,減少了更換頻率和其他維護工作;
5、光效好,顏色變化多,1W的LED燈飾一般能達到90-100流明,相當於一般光源5-6倍的光效。
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