LED灯具与光源的基本概念

LED灯具与光源的基本概念一、与LED有关的光源定义无论LED阵列、LED模块还是LED灯，都是光源。（1）灯（lamp）：为产生光辐射（通常为可见的）而制作的光源。注：此术语有时也用于某些类型的照明器。（2）发光二极管（LightEmittingDiode（LED））：正向偏压时发出非相干光辐射的p-n结半导体器件。发出的光谱可能在紫外、可见光或红外波长区域。（3）LED晶片（LEDdie）：一小块装配在给定功能LED线路上的发光的半导体材料。（4）LED阵列或模块（LEDarrayormodule）：在印刷线路板或基板上的LED封装（元件）或晶片的组件，可能带有光学元件、附加的热、机械和打算连接到LED驱动器负载侧的电气接口。该装置不含电源和标准灯头。该装置不能直接与分支电路连接。如图1所示。（5）LED封装（LEDpackage）：包括焊线连接件或其他型式电气连接件的一个或多个LED晶片的组件，可能带有光学元件、热学、机械和电气接口。该装置不包括电源和标准灯头。该装置不能直接与分支电路连接。如图2所示。（6）LED驱动器（LEDdriver）：含有电源和LED控制电路的装置，目的是使LED封装（元件）、或LED阵列（模块）或LED灯工作。（7）非整体式LED灯（LEDlamp,non-integrated）：含有LED阵列（模块）或者LED封装（元件）和标准灯头的组件。该装置打算通过标准灯座连接到灯具的LED驱动器。该装置不能直接与分支电路连接。（8）整体式LED灯（LEDlamp,integrated）：包含LED封装（元件）或LED阵列（模块）、LED驱动器、标准灯头以及其他光度、热学、机械和电气元件的整体组合。该装置打算通过标准化的灯座直接与分支电路连接。如图4所示。（9）LED光引擎（LEDlightEngine）：包含LED封装（元件）或LED阵列（模块）、LED驱动器、以及其他光度、热学、机械和电气元件的整体组合。该装置要通过一个与LED灯具匹配的常规连接器直接连接到分支电路，该LED灯具设计成不使用标准灯座。二、灯具和LED灯具的定义（1）GB7000.1-2007给出的灯具（luminaire）定义是“能分配、透出或转变一个或多个灯发出光线的一种器具，并包括支承、固定和保护灯必需的所有部件（但不包括灯本身），以及必需的电路辅助装置和将它们与电源连接的装置。”定义还附有一个注，即“采用整体式不可替换光源的发光器被视作一个灯具，但不对整体式光源和整体式自镇流灯进行试验。”（2）“ANSI/IESNARP-16-05照明工程学的命名和定义”中有关LED灯具（LEDluminaire）定义是包括基于LED的发光元件和匹配的驱动器，以及配光部件、固定和保护发光元件的部件、以及将器具连接到分支电路部件的完整照明器具。基于LED的发光元件的可能形式是LED封装（元件）、LED阵列（模块）、LED光引擎或LED灯。LED灯具打算直接与分支电路连接。LED灯具例子如图5所示。（3）混合型LED灯具(HybridLEDluminaire):装有基于LED的发光元件和诸如白炽灯或荧光灯等其他类型光源的灯具。LED灯具与光源的基本概念（二）一、如何界定LED灯具和LED光源灯具和LED灯具的定义给出以下几个重要的信息：1．GB7000.1-2007定义中给出了灯具的结构特征，灯具内具有控制灯发出光线的部件，还有提供灯机械支承部件、点灯电路和电源连接部件和保护灯的部件，也就是具体灯具中的控光部件（反射器、透光的棱镜或平板玻璃、格栅等等）、支承灯的灯座、灯的控制装置、电容器、启动器及其电路等必须的辅助装置，固定这些部件的机械结构或装置、电源连接方式（GB7000.1第5.1条规定电源连接方式）、以及保护灯所必须的外壳防护措施等。2．当使用了不可替换的灯或LED灯时，结构特征为灯具的发光器具不会因此有所改变，这种情况下，GB7000.1-2007定义的“注”中强调的是，采用整体式不可替换光源的发光器被视作一个灯具，但不对整体式光源和整体式自镇流灯进行试验。3．传统光源以带有标准灯头为鲜明特征，而LED光源形式多样，为了有所识别，ANSI/IESNARP-16-05给出的LED灯具定义中识别出了LED灯具中光源的形式，即光源可以是LED阵列（LEDarray）、LED模块（LEDmodule）或LED灯（LEDlamp）。4．ANSI/IESNARP-16-05定义了LED灯具与LED灯区别的关键点，即LED灯具打算直接与分支电路连接，而LED光源不直接与分支电路连接，其中：-LED模块不含有电源，不能与分支电路直接连接；-LED阵列既不包括电源，也不包括标准灯头，不能与分支电路直接连接；-整体式LED灯需通过标准灯座、非整体式LED灯需通过灯具中的灯座才能与分支电路连接。5.在LED的相关的术语中，还应明确了LED驱动器、LED控制线路及LED电源的区别：-LED驱动器是指含有LED控制线路和LED电源的装置；-LED电源是指没有控制功能、但能在其设计限值内提供所需电流、电压和功率的变压器、电源（调制）、电池或其他装置；-LED控制线路不含有电源，是设计用于调节输出电压、电流或工作循环来转换或其他方式以控制提供给LED封装（元件）或LED阵列（模块）电能的量和特性的电子元件。根据这些概念可以了解，LED工作需要的LED电源和LED控制线路，可以分开而各自独立存在，也可以组合在一起，LED电源和LED控制线路组合在一起时就是LED驱动器。6.整体式LED灯与非整体式LED灯都带有标准灯头，而且具有相似的外形特征，它们之间区别的关键点是是否带有LED驱动器。整体式LED灯是带有LED驱动器的LED模块或阵列，可以通过标准化的灯座连接到分支电路，整体式LED灯可以替代普通照明用白炽灯或CFL灯。非整体式LED灯是不带有LED驱动器的LED模块或阵列，它需要通过灯具中的灯头与分支电路连接，此灯具应含有非整体式LED灯工作需要的LED驱动器。非整体式LED等不能直接替代白炽灯或CFL灯。7.LED光引擎是一个介于LED灯具和LED灯之间的器件，与LED灯的区别是它不含有标准灯头，而是含有一个与灯具匹配的连接器。与LED灯具的区别是它不能与分支电路直接连接，与灯具的相同点是可以具有设定的配光功能，例如具有特有的道路灯具配光。LED光引擎使使用不带标准灯头LED光源的LED灯具具有可维护性。二、易被误作光源的情况1．某些类型的“灯具”被习惯地称作“灯”从灯具和灯的定义可以知道，一般情况下，“灯”是指光源，各种类型的灯均以发光的物理原理来命名，如白炽灯、高压钠灯、金属卤化物灯、荧光灯、紫外灯、场致发光灯、卤钨灯等等，灯的命名和分类与应用的场所及用于何种灯具无关；而“灯具”则是指照明器，它包括点亮光源所需的附件和电路、使光源发出的光重新分配以满足应用需求的光学部件，以及灯具安装、固定、调节所需部件的总成，灯具的分类及命名与其安装方式或设计使用的场所或目的有关，如固定式吸顶灯具、可移式台式灯具、可移式落地灯具、道路照明灯具、隧道照明灯具、庭院灯具、泛光灯具和应急照明灯具，等等。但正如“灯”的定义中的“注”所述，“灯”这个术语有时也用于某些类型的照明器。也许是由于习惯的关系，很多人把“道路照明灯具”称作“路灯”，把“天花板表面安装灯具”称作“吸顶灯”，但这里的路灯、吸顶灯并不是指光源，而是指道路照明灯具和天花板表面安装的灯具。2．光源不可替换的照明器具属于灯具从灯具的定义可以知道，照明电器标准中所说的“灯具”不涉及光源的类型，也就是说在评价灯具及其进行的检验中，只对提供光源正常工作的相关部件或环境进行评价，而不对光源本身进行评价或检验。由于是耐用消费品，灯具的设计寿命比光源长得多，所以灯具内的光源通常是一种可替换部件。随着光源寿命的逐步延长，光源固定方式的变化，以及灯具对耐用性要求的降低，某些灯具设计成光源不可替换的，也就是说，光源一旦损坏，灯具就报废。根据照明电器术语标准和灯具标准对“灯具”的定义，这种光源不可替换的照明器具仍属于灯具。对于光源不可替换的灯具，除了光源不可替换以外，根据应用需求的光度学设计、点亮灯具需要的电路及其附件，以及灯具固定的装置等，与光源可替换的灯具完全一样，所不同的是，在光源不可替换的灯具内可能不使用灯座，光源的机械固定和电气连接分别由机械固定装置和光源连接器完成。在LED应用于照明之前，已经有采用不可替换光源的灯具的例子，比较典型的如电源插座安装的夜灯，夜灯中的光源既有可替换的也有不可替换的，但它们都属于灯具，评价夜灯的灯具安全标准是GB7000.212-2008《灯具第2-12部分：特殊要求电源插座安装的夜灯》。显色性基本概念：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；光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离，能较全面反映光源的颜色特性。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表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大。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不相同，如：高压钠灯显色指数Ra=23，荧光灯管显色指数Ra=60~90。显色分两种：1.忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值接近100，显色性最好。2.效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果。显色指数计算方法：CIE推荐定量评价光源显色性的“测验色”法规定用黑体或标准照明体D作为参考光源，将其显色指数定为100，并规定了若干测试用的标准颜色样品；通过在参考光源下和待测光源下对标准样品形成的色差，评定待测光源显色性，用显色指数来表示。光源对某一种标准样品的显色指数称为特殊显色指数Ri光源对特定8个颜色样品的平均显色指数称为一般显色指数Ra其中8个颜色样品分别为：暗灰色、暗黄色、深黄绿色、黄绿色、淡蓝绿色、淡蓝色、淡紫色、红紫色。如下图所示：常用光源的一般显色指数：结合我国实际情况，可将光源的一般显色指数划分为三个范围。一般显色指数（Ra）质量分类100~7575~5050优一般劣光源显色性的质量分差白炽灯、碘钨灯、溴钨灯、镐灯等几种光源的一般显色指数Ra均超过85，适用于辨色要求较高的视觉工作，如彩色电影、彩色电视的拍摄和放映、染料、彩色印刷、纺织、食品工业等行业。荧光灯的显色指数在70~80之间，显色效果较差，其中高压钠灯最差Ra为20~25.什么是光衰LED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,而低的这一部分就是LED的光衰。LED光衰的原因现阶段的LED产品光衰程度都不同，大功率LED同样存在光衰，抑制光衰有助于削减单位光通量的成本。各LED厂商都在致力于抑制光衰现象技术，但都没有公布光衰现象发生的原因及其抑制方法的详情。然而，有厂商透露，芯片的发热及电流集中等若干参数与光衰现象有关。例如，输入较大电力时，芯片的光发生量增多，同时发热也增多。这种发热会使芯片内部的量子效率恶化，从而导致光衰现象。因此，有厂商认为，为抑制光衰现象，采用散热性高的封装构造，即使输入较大电力芯片温度也不会上升的改进会对抑制光衰现象有效。另外，有观点认为，如果LED芯片内的电流密度变大，就容易引发光衰现象。图1.Cree公司LED的结温和光衰寿命试验结果2011年5月，加州大学圣巴巴拉分校的研究院称他们找到了普通照明使用LED技术效率地下的根本原因。他们总结到，光衰（LEDdroop）是由俄歇复合（Augerrecombination）引起的。俄歇复合是一种在半导体中发生的，三个带电粒子互相反映反应但不放出光子的现象。研究者还发现包含散射机制的非直接的俄歇效应非常显著。这一发现使得以往理论研究中，用直接俄歇过程预测LED光衰和实际测量结果不符的现象得以解释。研究员认为，因为俄歇效应是内形成机制，所以光衰现象不可消除，但可以最小化。目前