雷士照明：LED基础以及运用

LED基础及运用什么是LED什么是LED---LED发光原理•LED：lightemittingdiode------发光二极管。•LED自发性的发光是由于电子与空穴的复合而产生的。•当LED两端加上正向电压，电流从LED阳极流向阴极时，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。•如下图，在电动势的作用下，电子对从能量高的能级跳跃到能量低的空穴，据能量守恒，多余的能量以光和热的形式释放出。LED光源的优点传统照明光源•白炽灯•卤素光源•荧光光源•气体放电光源发光二极管(LED)•长寿命•能源转换效率高•数字化调光调色•体积小(设计自由度高)•方向性光源•固态光源/抗震性强•启动迅速•无红外/紫外光线•低电压•不含汞/水银LessWeightLifetimeReliabilityRecyclingandDisposalEnergyConsumptionHazardousSubstancesLED产品产业链半导体行业上游外延片芯片中游封装下游应用衬底材料：蓝宝石、Sic、Si金属有机源：三甲基镓、二乙基铟高纯气体：氨气、氢气MOCVD材料生长工艺芯片制备工艺芯片封装工艺LED外延片LED芯片LED封装荧光粉、金线硅胶、环氧树脂支架、其他配件配套件背光源产品指示/显示信号汽车灯城市景观亮化照明领域手机、数码相机/相框等便携电子产品，监视器/液晶彩电/电脑/人机界面显示牌、银行。证券、机场、车站、体育场、广场显示屏道路信号灯、机场信号灯、铁路信号灯、航标灯仪表盘灯、刹车灯、尾灯、牌照灯、阅读灯、转弯灯、前照灯等地埋灯、水底灯、草坪灯、庭院灯、灯箱、广告字、投光灯、泛光灯、点光源、灯条重点照明灯具、筒灯、杯灯、壁灯、防爆灯、路灯、隧道灯SSL照明系统/工程LED灯具基础材料行业LED灯具系统概念LED灯具光与色光源二次光学散热电源外观、结构考核：认证、测试光与色---LED光源分类SMD：它是SurfaceMountedDevices的缩写，意为：表面贴装器件，它是SMT(SurfaceMountTechnology中文:表面黏著技术）元器件中的一种，可以进行回流焊，适合于自动化大规模生产小功率LED一般为单颗0.2W以下，常见的有3528/3014/5050中功率LED一般为单颗0.2W~0.5W，常见的有5630/2323/3030功率型LED一般为单颗1W以上，典型驱动电流多为350mA，比如CreeXP-E最大驱动电流可以1000mA，XP-G最大驱动电流可以达到1500mA，而XM-L最大驱动电流则可以3000mA。光与色---LED光源分类COB:将多个芯片高密度地集成在一起封装而成的功率型LED。可以获得较高的光通量，可以获得比较好的颜色一致性，不需要SMT贴片和回流焊焊接，尺寸较小，灯具外观设计变得容易。光与色---LED光源分类光与色---LED基础参数波长(Wavelength)光是一种电磁波波长决定光的颜色可见光的波段从紫光(约380nm)到红光(780nm)不可见光的波长*红外线长于780nm*紫外线短于380nm可見光380-780nmx-射线微波紫外线100-380nm紅外线780-1,000,000nm光与色---LED基础参数I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。正向电压（VF):通过发光二极管的正向电流为确定值时，在两极间产生的电压降。反向电流(IR):加在发光二极管两端的反向电压为确定值时，流过LED的电流。光与色---LED基础参数光通量Φ:通过发光二极管的正向电流为规定值时，一光源所发射并被人眼感知之所有辐射能称之为光通量。单位:流明(lm)发光强度:光源在单位立体角内发射的光（或辐射）通量。I=dΦ/dΩ。单位:砍德拉（cd）照度:照度是用来说明被照面上被照射的程度。E=dΦ/dA。单位：勒克斯（lx）亮度:亮度也是用来表示物体表面发光强弱的物理量，被视物体发光面在视线方向上的发光强度与发光面在垂直于该方向上的投影面积的比值，称为发光面的表面亮度，单位为坎德拉每平方米（cd/m2）。光与色---LED基础参数色温:当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时,黑体的温度称为该光源的颜色温度。黑体是内部中空开一小孔的球体，单位为开尔文（K)例如:2700K烛光色3000K暖白色3500K白色4000K冷白色5000K日光色6500K冷日光色光与色---LED基础参数相关色温:对于某些光源发射的光（比如气体放电灯和LED)的颜色和各种温度下的黑体辐射的颜色不完全相同(色坐标有差别).若光源发射的光与黑体在某一温度下辐射的光颜色最接近,则黑体的温度称为该光源的相关色温。关于相关色温，标同一色温的光源，处在色温直线的不同位置，其颜色不一样，给人们选择光源带来很大的问题（颜色一致性差）。偏黄绿方向偏蓝绿方向偏黄方向偏红方向光与色---LED基础参数显示指数: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原色,显色性低的光源对颜色表现较差。光与色---LED基础参数色坐标:白光分色按右图分X,Y值,而其它颜色光按波长来分.同一相关色温组成一条直线，与黑体轨迹相交，此直线上任何一点的相关色温等于交点的黑体色温。每一个不同的色坐标点有不同的颜色表征CIE1931色度图光与色---LED白光的产生加色原理红+绿+蓝=白蓝+黄=白红+青=白绿+品红=白光与色---LED白光的产生1.RGB三种LED波长匹配混光2.蓝光LED加黄色荧光粉光与色---LED白光的产生几种常见的光谱分布---现阶段主流技术路线的白光LED光谱不连续图1.太阳光光谱图图2.白炽灯光谱图3.紧凑型荧光灯CFL光谱图4.RGB混光LED灯光谱图5.InGaNLED激发黄色荧光粉白光光谱光与色---LED光源相关特性解读LED基本尺寸---以CreeXB-D为例（2525）光分布---朗勃型光分布光与色---LED光源相关特性解读LED电性能参数Tj＠85℃参数Tj：PN结的温度光与色---LED光源相关特性解读LED结温与光通量关系图Tj＠85℃参数LED正向电流与光通量关系图Tj＠85℃参数光与色---LED光源相关特性解读LEDTsp与色坐标漂移关系图If＠350mA参数LED正向电流与色坐标漂移关系图Tj＠85℃参数光与色---LED光源相关特性解读LED光源分Bin---亮度Bin光与色---LED光源相关特性解读LED光源分Bin---VFBin以PhilipsRebelES为例Cree公司不区分VFBinLED光源分Bin---ColorBin以CreeXB-D为例Tj＠85℃参数光与色---颜色一致性如下图，以3000K为例，在ANSI要求的区域内（约7SDCM)分成16个不同的小ColorBin，每一个小Bin内的颜色一致性相对较好（约2SDCM)，但是不同的Bin区之间的颜色差异性比较大。光与色---颜色一致性3000K色温分bin图色差图A2色差图B4色差图C2我们以3000K色温为例，挑选其中的三个bin进行光色的对比，三个bin分别为A2、B4和C2，所使用的灯具为雷士TLED301A30W-3000K/15°导轨射灯。此款灯具的功率为30W，色温为3000K，光束角为15度。光与色---颜色一致性色容差：用麦克·亚当椭圆（MacAdamEclipse）来限定颜色区域是比较普遍的做法。如对荧光灯，美国的AnsiC78.376-2001标准要求是各个色温不能超过4步的麦克·亚当椭圆（4-StepMacAdamEllipse或4SDCM）。IEC标准相对而言较宽，为5SDCM。1SDCM2SDCM3SDCM4SDCM5SDCM麦克·亚当椭圆光与色---颜色一致性MacAdam实验：制造一个装置，让受过训练的观察者在亮度为恒定的48cd/m2下辨别两个不同的颜色。其中一个颜色是不变的，另外一个有细微分别的颜色是变化的。要求观察者对颜色进行分辨。这个实验在色空间中选用25个点。结果发现，人眼对颜色的分辨是落在CIE1931色度图中的一个个椭圆中。光与色---颜色一致性对LED室内照明的灯具，目前最为通用的标准是AnsiC78.337-2008。其范围是沿黑体曲线将颜色分为8个四边形。如图所示，每个四边形大约与7SDCM相近，略大于7SDCM。光与色---颜色一致性在CIE1931色度图中，离开黑体曲线，向任何一个方向偏离，颜色都会有相应的变化。人眼可以明显感觉出处于7SDCM范围内远离的两点的颜色的不同。较为理想的情况，是将颜色控制在3SDCM，在建筑的装饰照明，为了保证颜色一致性，甚至要求2SDCM。1SDCM：人眼刚能感觉到色差（50%观察者觉察，50%没有察觉）2SDCM：90%观察者在白色背景下能看到色差4SDCM：在非白色的背景下，色差不明显光与色---颜色一致性色容差的计算：K：代表步数，比如7SDCM代表7步色容差△x，△y：代表x值与y值与中心点的差。G11，G12，G22：代表光色范围的常数注：表中G11，G12，G22需各乘以10的4次方光与色---颜色一致性对于LED产品的色容差计算，需要将上表中的中心点（CFL)更换如下表中不同色温所对应的中心点，目前的积分球的色容差中心点定义基本都按照CFL的中心点设置，所以积分球所测试出来的色容差仅供参考，准确的LED色容差可根据能源之星定义的中心点和上述公式计算。光与色---颜色一致性对室内照明应用，AnsiC78.337-2008定义得还不够严格！！光与色---混Bin技术得到好的颜色一致性由上述的资料可以看出，AnsiC78.337-2008所要求的色容差略大于7SDCM，其色差是相对明显的，如上面看到的301的导轨射灯所用不同的3个不同的Bin的LED所表现出来的色差非常明显。以3000KXP-E为例，我们选用其中的9个Bin区混合使用，以此来得到较好的一致性。混Bin的原理与RGB混Bin产生白光的原理一样，我们也可以用不同颜色表征的白光相互混合使用，混Bin就是使用色坐标的数学相对迭加的原理。如左图，对于3颗光源的灯具，我们采用A3/B2/C1的混Bin方案，首现A3和C1相迭加得到如图粉色的坐标点，然后粉色的坐标点再与B2相迭加，由于粉色坐标的权重为B2的两倍，则最终迭加得到的红色的坐标点更靠近粉色的坐标点。光与色---混Bin技术得到好的颜色一致性以公司301导轨射灯为例，灯具为15PCSXPE光源，我们采用5倍的3合一的方案进行混Bin，为了出光面的颜色也相对一致，我们选用了16个色温Bin中的9个Bin区组合了8个混Bin方案，获得很好的颜色一致性。光与色---LED灯具二次光学实现手段透镜透镜反射器混光腔•小角度照明产品内应用•可设计出不同配光方式•材料多为PMMA或者PC•PMMA效率比PC略高•用于大角度照明产品•配光以轴对称性为主•较难控制配光•多为铝旋压或者塑胶镀银•角度与反射器的深度与出光面大小有较大关系•眩光小•可用于多色混光•多用于筒灯产品•出光面的均匀度与混光腔的深度和反射面的斜度有较大关系光与色---LED灯具二次光学实现手段122121sinsinnnvv)arcsin(12nnc12nn折射定律全反射定律几何光学三大定律光的直线传播定律：光在均匀媒质里沿直线传播光的反射定律和折射定律（Snell定律）光与色---LED灯具二次光学实现手段全反射式透镜：多用于射灯、天花灯产品LED配光TIR透镜透镜配光在透镜出光面上增加珠面：防止出现芯片镜像效率降低2-3%角度将略有增加出光更加均匀、光斑效果更好光与色---LED灯具二次光学实现手段透射式透镜：投射式透镜利用光线折射原理改变LED中间光强的出射角度，达到改变配光，出射均匀的目的。透镜效率90%主要应用在如路灯，室内基础照明灯具等需要大角度配光的场合LED配光投射式透镜透镜配光光与