一、LED灯具的特性:
LED灯珠是属于发光二极管的一种,能够将电能转化为光能的半导体,它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理,而采用电场发光。LED灯具可采用直流DC220V电压,不需要启辉器和镇流器。启动时间短,无闪频。 LED灯具的主要特点为:
①新型绿色环保光源:LED运用冷光源,眩光小,无辐射,使用中不产生有害物质。LED的工作电压低,采用直流驱动方式,超低功耗(单管0.03~0.06W),电光功率转换接近100%,在相同照明效果下比传统光源节能80%以上。LED的环保效益更佳,光谱中没有紫外线和红外线,而且废弃物可回收,没有污染,不含汞元素,可以安全触摸,属于典型的绿色照明光源。
②寿命长:LED为固体冷光源,环氧树脂封装,抗震动,灯体内也没有松动的部分,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点,使用寿命可达6万~10万小时,是传统光源使用寿命的10倍以上。LED性能稳定,可在-30~+50oC环境下正常工作。
③多变换:LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理,在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合,即可产生256X256X256(即16777216)种颜色,形成不同光色的组合。LED组合的光色变化多端,可实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。
④高新技术:与传统光源的发光效果相比,LED光源是低压微电子产品,成功地融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术和嵌入式控制技术等。传统LED灯中使用的芯片尺寸为0.25mmX0.25nm,而照明用LED的尺寸一般都要在1.0mmX1.0mm以上。LED裸片成型的工作台式结构、倒金字塔结构和倒装芯片设计能够改善其发光效率,从而发出更多的光。LED封装设计方面的革新包括高传导率金属块基底、倒装芯片设计和裸盘浇铸式引线框等,采用这些方法都能设计出高功率、低热阻的器件,而且这些器件的照度比传统LED产品的照度更大。
二、LED灯具产品主要参数:
光通量(单位:LM)、显色指数(单位:Ra) 、色温(单位: K)、功率因素(单位:PF)、散热能力
①光通量:主要指产品的亮度,灯具通过消耗电能而发出光能,光通量越大、发出的光能越多。因此它是表征光源发光能力的指标,当两盏灯功耗相同时,光通量越大,灯具越好。一般的LED灯具及时能达到90-110LM/W 好的灯具甚至能达到120-150LM/W。(传统白炽灯 10-15LM/W 节能灯30-65LM/W)
②显色指数:显色指数指对一个颜色的再现能力。显色指数越高,颜色越正。通过与同色温的参考或基准光源(白炽灯或画光)下物体外观颜色的比较。还原物体本真色彩的百分比,能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数高的光源,其数值接近100,显色性最好。白炽灯97-100 LED灯85-12
③色温:指光发出的颜色,色温越高发的光偏蓝,色温越低。发的光偏红。是以太阳光为参照标准。常规的色温有3种。 暖光(黄光)2700-3500K 代表符号:RN。中性白 4300-5000K 代表符合:RZ 白光(冷白)5800-6500K 代表符号:RR。
具体色温图表如下:
④功率因素:及电源转换光源的功率补偿。功率因素的大小取决于驱动电源的功率因素。功率因素越大,转换效率越好
⑤散热能力: LED产品的散热能力直接影响到产品的使用寿命,光衰率等。功率越高的产品和点亮时间越长的产品对散热的要求越高。常规的LED产品会使用金属外壳加内置或外置散热片为灯具散热。
三、LED产品与传统白炽灯、节能灯省电节能对比
假设一场所或一家庭满足其照明需要的总亮度要求是: 900-1200LM*10
一, LED的结构及发光原理 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识,第一个商用二极管产生于1960年.LED是英文light emitting diode(发光二极管)的缩写,它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以LED的抗震性能好. LED结构图如下图所示 发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结.在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能.PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光.这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED. 当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关. 二,LED光源的特点 1. 电压:LED使用低压电源,供电电压在6-24V之间,根据产品不同而异,所以它是一个比使用高压电源更安全的电源,特别适用于公共场所. 2. 效能:消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 3. 适用性:很小,每个单元LED小片是3-5mm的正方形,所以可以制备成各种形状的器件,并且适合于易变的环境 4. 稳定性:10万小时,光衰为初始的50% 5. 响应时间:其白炽灯的响应时间为毫秒级,LED灯的响应时间为纳秒级 6. 对环境污染:无有害金属汞 7. 颜色:改变电流可以变色,发光二极管方便地通过化学修饰方法,调整材料的能带结构和带隙,实现红黄绿兰橙多色发光.如小电流时为红色的LED,随着电流的增加,可以依次变为橙色,黄色,最后为绿色 8. 价格:LED的价格比较昂贵,较之于白炽灯,几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当,而通常每组信号灯需由上300~500只二极管构成. 三,单色光LED的种类及其发展历史 最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初.当时所用的材料是GaAsP,发红光(λp=650nm),在驱动电流为20毫安时,光通量只有千分之几个流明,相应的发光效率约0.1流明/瓦. 70年代中期,引入元素In和N,使LED产生绿光(λp=555nm),黄光(λp=590nm)和橙光(λp=610nm),光效也提高到1流明/瓦. 到了80年代初,出现了GaAlAs的LED光源,使得红色LED的光效达到10流明/瓦. 90年代初,发红光,黄光的GaAlInP和发绿,蓝光的GaInN两种新材料的开发成功,使LED的光效得到大幅度的提高.在2000年,前者做成的LED在红,橙区(λp=615nm)的光效达到100流明/瓦,而后者制成的LED在绿色区域(λp=530nm)的光效可以达到50流明/瓦. 四,单色光LED的应用 最初LED用作仪器仪表的指示光源,后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用,产生了很好的经济效益和社会效益.以12英寸的红色交通信号灯为例,在美国本来是采用长寿命,低光效的140瓦白炽灯作为光源,它产生2000流明的白光.经红色滤光片后,光损失90%,只剩下200流明的红光.而在新设计的灯中,Lumileds公司采用了18个红色LED光源,包括电路损失在内,共耗电14瓦,即可产生同样的光效. 汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域.1987年,我国开始在汽车上安装高位刹车灯,由于LED响应速度快(纳秒级),可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况,减少汽车追尾事故的发生. 另外,LED灯在室外红,绿,蓝全彩显示屏,匙扣式微型电筒等领域都得到了应用. 五,白光LED的开发 :对于一般照明而言,人们更需要白色的光源.1998年发白光的LED开发成功.这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成.GaN芯片发蓝光(λp=465nm,Wd=30nm),高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射,峰值550nm.蓝光LED基片安装在碗形反射腔中,覆盖以混有YAG的树脂薄层,约200-500nm. LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收,另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合,可以得到得白光.现在,对于InGaN/YAG白色LED,通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度,可以获得色温3500-10000K的各色白光. 在LED业者中,日亚化学是最早运用上述技术工艺研发出不同波长的高亮度LED,以及蓝紫光半导体激光(Laser Diode;LD),是业界握有蓝光LED专利权的重量级业者.在日亚化学取得兰色LED生产及电极构造等众多基本专利后,坚持不对外提供授权,仅采自行生产策略,意图独占市场,使得蓝光LED价格高昂.但其他已具备生产能力的业者相当不以为然,部分日系LED业者认为,日亚化工的策略,将使日本在蓝光及白光LED竞争中,逐步被欧美及其他国家的LED业者抢得先机,届时将对整体日本LED产业造成严重伤害.因此许多业者便千方百计进行蓝光LED的研发生产.目前除日亚化学和住友电工外,还有丰田合成,罗沐,东芝和夏普,美商Cree,全球3大照明厂奇异,飞利浦,欧司朗以及HP,Siemens, Research,EMCORE等都投入了该产品的研发生产,对促进白光LED产品的产业。
LED模组就是把LED(发光二极管)按一定规则排列在一起再封装起来,加上一些防水处理组成的产品。
LED模组是LED产品中应用比较广的产品,在结构方面和电子方面也存在很大的差异.简单的就是用一个装有LED的线路板和外壳就成了一个LED模组,复杂的就加上一些控制,恒流源和相关的散热处理使LED寿命和发光强度更好。 主要用于展示广告字体(压克力、吸塑)和标识的夜间效果,它以文字或标识为媒介,安装在楼宇顶部或墙面,既能表现标识白天效果,又能利用LED作为发光光源,在夜间表现出另外一种效果,再配以LED照明应用控制系统,对文字或标识进行动态视频控制,在一些娱乐气氛较浓的场所,LED光源模组已经成了企业展示自我形象的最重要的选择之一 现在我们主要对LED模组的参数进行一个详细的说明:
(1)颜色:
这是一基本的参数,不同颜色应用在不同的场合。按颜色种类可以分为单色、七 彩、全彩单点控制三种。单色就是单种颜色, 不能改变。接上电源就可以工作了。七彩就是整个 一串模组只能同一种色,不能实现单个模组不同的色,简单的来讲就是只 能所有的模组在同一时候只能实现同一颜色,不同的时间可以七种颜色之间变化。全彩单点就是可以控制到每一个模组的颜色, 在模组的数量达到一 定程度的时候可以实现显示图片和视频的效果。七彩和全彩单点要加上控制系统才能实现效果,我们在 控制系统章节中详细介绍控制系统 选择和应用。
(2)电压:
这是一个很重要的参数,目前12V的低压模组是比较普遍的。在连接电源和控制系统的时候一定要检查电压值的正确性,才能通 电,否则就会损坏LED模组。
(3)工作温度:
就是说LED正常工作的温度。通常情况在-20℃~+60℃之间,如果要求范围比较高的场合就要进行特殊的处理。
(4)发光角度:
没有带透镜的LED模组发光角度主要由LED来决定,LED的不同发光角度也不同,一般以厂家提供的LED的发光角度为LED模组的角度。
(5)亮度:
这个参数是人们比较关注的一个参数,亮度在LED里面是比较复杂的问题,我们通常在LED模组中所说的亮度通常是发光强度和 流明度,在小功率中通常说发光强度(MCD),在大功率中通常说流明度(LM).,我们所说LED说的模组的流明度就是把每个LED的流明度相加就行啊,虽然说不是很精确,但这样子也基本能合要求了,哈哈,个人的意见!
(6)防水等级:
如果要户外用LED模组的话这个参数就很重要了,这个保证LED模组能不能在户外长期工作的重要指标。通常情况在全露天的情 况最好防水等级要达到IP65
(7)尺寸:
这个比较简单,就是通常所说的长 宽 高等尺寸。
(8)单条连接的最大长度:
这个参数我们在做大型工程的时候用得比较多,它的意思就是在一条串联LED模组中,所连接的LED模组的个数。这个与LED模组的连接线的大小有关系。也要根据实际情况来定做。
(9)功率:
关于LED模组的功率一个经验公式: LED模级的功率=单个LED的功率 ⅹ LED的个数 ⅹ 1.1。
可以阅读《电工基础》《电子技术基础》《LED结构原理与应用技术》这些书。
电工基础:电路基本概念和基本定律、电路基本分析方法、线性电路暂态分析、正弦交流电路稳态分析、谐振电路、三相电路、非正弦周期电流电路、互感电路与空心变压器、磁路与铁心线圈电路、二端口网络和电工基础实验。
电子技术基础全面、系统地介绍了电子技术的基础知识和基本技术,将基础理论与应用紧密结合,注重体现知识的实用性和前沿性。全书共分11章,前6章为模拟电路部分,后5章为数字电路部分,编者将两部分内容有机地融为一体。主要内容包括半导体器件、放大电路、集成运算放大器、直流稳压电源、逻辑代数、逻辑门电路、组合逻辑电路、集成触发器、时序逻辑电路以及模/数与数/模转换等。
《LED结构原理与应用技术》一书结合国内外LED技术的发展和应用情况,以LED的封装技术和驱动技术为核心,全面系统地阐述了LED的最新应用技术。
Light Emitting Diode,即发光二极管,是一种半导体固体发光器件,它是利用固体半导体芯片作为发光材料,当两端加上正向电压,半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。
LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关,目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。由于
LED工作电压低(仅1.5-3V),能主动发光且有一定亮度,亮度又能用电压(或电流)调节,本身又耐
冲击、抗振动、寿命长(10万小时),所以在大型的显示设备中,目前尚无其他的显示方式与LED显示
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