LED照明設(shè)計(精)

1、LED 照明設(shè)計LED 照明設(shè)計CYBERNET 應(yīng)用系統(tǒng)事業(yè)部 市澤俊介 2009/12/17LED 照明作為新一代照明受到了廣泛的關(guān)注。僅僅依靠LED 封裝并不能制作出好的照明燈具。本文主要從電子電路、熱分析、光學方面對 LED 照明進行介紹，首先介紹 LED 照明設(shè)計。序隨著近年來人們對環(huán)境關(guān)注度的提高丄 ED照明作為新一代照明受到了廣泛的 關(guān)注。展會上,只要是與 LED 照明有關(guān)的展位都是人頭攢 動，同時,LED 照明也更 多的出現(xiàn)在我們的日常生活中。一般家庭能夠消費的 LED 燈都是由各大照明制造 商銷售的燈泡型LED 燈。另 外，很多公司也都陸續(xù)研發(fā)出了熒光燈型的 LED 燈。 在

2、這種情況下，勢必有更多的公司參與到 LED 照明行業(yè)中。LED 燈與白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源有著不同的特性。僅僅依靠 LED 封裝并 不能制作出良好的照明燈具。為了設(shè)計出更好的 LED 照明燈具必須對 LED 進行 區(qū)別于傳統(tǒng)光源的正確的光學設(shè)計。本文圍繞 LED 照明燈具的設(shè)計進行介紹。具體來說主要是從電子電路、熱分 析、光學方面進行說明。首先是 LED 照明概要及其與迄今 為止的光源的區(qū)別。LED 照明用于照明的 LED 大多是白色。LED 照明很大程度上依賴藍光 LED 芯片的發(fā) 明和發(fā)光效率的提高。實現(xiàn)白光 LED 主要有兩種方式。一種是使用 LED 芯片和熒光粉,另外一種是使用 RG

3、B 3 色 LED 芯片。目前主要是采取第一種方式使用熒光粉一般都是在藍色 LED 芯片上涂覆黃色熒光粉。從 LED 芯片中發(fā)出 的藍色光遇到熒光粉時，部分光轉(zhuǎn)換為黃色光。這部分轉(zhuǎn)換的黃色光和藍色光參雜 在一起，就變成了白色光。 通過調(diào)整熒光粉的量可以控制白光 LED 的色溫，因此發(fā) 光顏色在制作時就已經(jīng)決定，后期不能調(diào)整。同時，混合藍色光和黃色光的話，由于紅色和綠色的成分不足，造成顯色性不佳。這樣，可以通過在藍色 LED 芯片中參雜紅色和綠色熒光粉或者是在紫外 LED 芯片 中參雜 RGB 熒光粉，來提高其顯色性。使用 RGB 3 色 LED 芯片的優(yōu)勢在于 RGB 可以調(diào)整各種色度，所以不

4、僅能夠產(chǎn) 生白光，還能產(chǎn)生其他各種顏色的光。但是，LED 芯片使用量增大,成本也就會上 升。LED 照明的優(yōu)勢及其與迄今為止的其他光源的區(qū)別接下來就 LED 照明與白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源的區(qū)別，從熱、電、光的特性 方面進行分析。-熱的特性雖然 LED 發(fā)熱很少，但是由于 LED 照明中，需要使用多顆數(shù)瓦級的 LED ,所以 就會產(chǎn)生很高的熱量。雖然 LED 效率比較高，但是高效 率僅支持在微小電流中的運 行。大電流、高溫狀態(tài)下，效率較低。另外，熒光粉型的 LED ,在轉(zhuǎn)換波長的時候會損失能量，從而產(chǎn)生熱量。持續(xù)高 溫就會導(dǎo)致 LED 芯片、熒光粉、封裝樹脂壽命降低。因 此,為了使 LED 的

5、高效 率”、長壽命”的優(yōu)勢保持下去，就必須控制 LED 的結(jié)溫。-電的特性LED 電源與白熾燈、熒光燈有很大的區(qū)別。 白熾燈可以直接連接到 220V 的 交流電上。熒光燈雖然有鎮(zhèn)流器和轉(zhuǎn)換開關(guān)，但也使用 220V的交流電。而 LED 的電源則需要直流的恒定電流，所以需要將 220V 的交流轉(zhuǎn) 換為直流。電源的效率不高將直接影響到整個照明燈具的 效率，因此提高電源效率 對于提高 LED 照明效率來說顯得尤為重要。調(diào)節(jié) LED 光的方法主要有兩種。一種是改變恒定電流，一種是改變脈沖調(diào)制。LED是電子與空穴再結(jié)合時發(fā)光，光束依賴于電流。電流 小的情況下，光束和電流基 本是成正比的但當 LED 電流增

6、大，熱量隨之增大，導(dǎo)致發(fā)光效率變低，光束和電流就 不成正比了。在改變脈沖占空比的方法中，由于 Talbot-Plateau 效應(yīng) （反復(fù)接受瞬間閃光后，人 眼會感受到反復(fù)時間內(nèi)的平均亮度，可以根據(jù)脈 沖占空比改變亮度。-光特性與白熾燈和熒光燈相比,1 顆 LED 發(fā)出的光比較少,所以需要使用多顆 LED。 同時，由于 LED 的發(fā)光面積小，亮度高,人眼直視的話 很容易眩暈。為了降低亮度，需 要使用擴散板。但是，使用擴散板的話，光向各個方向發(fā)散，降低了光的效率。LED、白熾燈、熒光燈的配光分布各不相同。所謂配光分布是指光源的方向 以及各方向的發(fā)光強度。即使是相同光束的光源，如果配光 分布不同，照

7、度分布也會 不同。有時也會出現(xiàn)本來想要照射的地方照度減小，其余部分反而照度增加的情 況。要減少光的浪費，控制配光分布,需要使用透鏡和反光鏡。LED 本身就具有發(fā)光 面積小、光的放射范圍在半球內(nèi)、配光分布旋轉(zhuǎn)對稱等 優(yōu)點,再加上透鏡和反光鏡，就能構(gòu)成一個好的光源。其他在光源屬性中，還有光譜。 LED 的發(fā)光光譜集中在特定波長的一個很窄的 范圍,不放射紅外線。因此，在不想使照射物變熱的時候,使用 LED 較好。但是，LED 自身會發(fā)熱，所以需要注意防止其導(dǎo)熱。另外還需要注意，熒光粉類型的 LED ,溫度 變化,色溫也會隨之變化。總結(jié):LED 照明設(shè)計LED 照明燈具備受期待的原因就是節(jié)能、使用壽命長。確實，與白熾燈相比，目前的球泡型 LED 燈效率更高。但是熒光燈與 LED 照明燈具相比,還是熒光燈較 高。這是因為，雖然單獨的 LED 芯片比熒光燈效率高，但是由于發(fā)熱降低了發(fā)光效 率，交流電轉(zhuǎn)換成直流電時，電源效率變低以及由于配光分布變換和使用擴散板導(dǎo)致 光效降低,進而造成整個 LED 照明燈具的效率下降。因此，為了實現(xiàn) LED 的節(jié)能，長壽命,必須對熱、電、光進行各種設(shè)計。單純依 靠LED 封裝并不能發(fā)揮 LED 的優(yōu)勢。要做與迄今為止的設(shè)計不同的設(shè)計需要些什么？怎樣才能找出燈具效率下降的 原因？是不是即使多次返工也很難找出原因？并且還花更 多時