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詳解LED 2012/5/17

   LED應用
  鑒于LED 的自身優勢,目前主要應用于以下幾大方面:   
(1) 顯示屏、交通訊號顯示光源的應用LED 燈具有抗震耐沖擊、光響應速度快、省電和壽命長等特點,廣泛應用于各種室內、戶外顯示屏,分為全色、雙色和單色顯示屏,全國共有100 多個單位在開發生產。交通信號燈主要用超高亮度紅、綠、黃色LED, 因為采用LED 信號燈既節能,可靠性又高,所以在全國范圍內,交通信號燈正在逐步更新換代,而且推廣速度快,市場需求量很大,是個很好的市場機會。   
(2) 汽車工業上的應用汽車用燈包含汽車內部的儀表板、音響指示燈、開關的背光源、閱讀燈和外部的剎車燈、尾燈、側燈以及頭燈等。汽車用白熾燈不耐震動撞擊、易損壞、壽命短,需要經常更換。1987年,我國開始在汽車上安裝高位剎車燈。由于LED響應速度快, 可以及早提醒司機剎車,減少汽車追尾事故,在發達國家,使用LED制造的中央后置高位剎車燈已成為汽車的標準件,美國HP公司在1996年  半導體照明推出的LED汽車尾燈模組可以隨意組合成各種汽車尾燈。此外,在汽車儀表板及其他各種照明部分的光源,都可用超高亮度發光燈來擔當,所以均在逐步采用LED 顯示。我國汽車工業正處于大發展時期,是推廣超高亮度LED 的極好時機。近幾年內會形成年產10億元的產值,5 年內會形成每年30 億元的產值。   
(3) LED背光源以高效側發光的背光源最為引人注目,LED作為LCD背光源應用,具有壽命長、發光效率高、無干擾和性價比高等特點, 已廣泛應用于電子手表、手機、BP機、電子計算器和刷卡機上,隨著便攜電子產品日趨小型化,LED背光源更具優勢,因此背光源制作技術將向更薄型、低功耗和均勻一致方面發展。LED是手機關鍵器件,一部普通手機或小靈通約需使用10 只LED器件,而一部彩屏和帶有照相功能的手機則需要使用約20 只LED器件。現階段手機背光源用量非常大,一年要用35 億只LED芯片。目前我國手機生產量很大,而且大部分LED背光源還是進口的,對于國產LED產品來說,這是個極好的市場機會。   
(4)LED照明光源早期的產品發光效率低,光強一般只能達到幾個到幾十個mcd,適用在室內場合,在家電、儀器儀表、通訊設備、微機及玩具等方面應用。目前直接目標是LED光源替代白熾燈和熒光燈,這種替代趨勢已從局部應用領域開始發展。日本為節約能源,正在計劃替代白熾燈的發光二極管項目( 稱為" 照亮日本") ,頭五年的預算為50 億日元,如果LED替代半數的白熾燈和熒光燈,每年可節約相當于60 億升原油的能源, 相當于五個1.35 ×106kW 核電站的發電量,并可減少二氧化碳和其它溫室氣體的產生,改善人們生活居住的環境。我國也于2004 年投資50 億大力發展節能環保的半導體照明計劃。   
(5) 其它應用例如一種受到兒童歡迎的閃光鞋,走路時內置的LED會閃爍發光,僅溫州地區一年要用5 億只發光二極管;利用發光二極管作為電動牙刷的電量指示燈,據國內正在投產的制造商介紹, 該公司已有少量保健牙刷上市,預計批量生產時每年需要3 億只發光燈;正在流行的LED圣誕燈,由于造型新穎、色彩豐富、不易碎破以及低壓使用的安全性,近期在香港等東南亞地區銷勢強勁,受到人們普遍的歡迎,正在威脅和替代現有電泡的圣誕市場。   
(6)家用室內照明的LED產品越來受人歡迎,LED筒燈,LED天花燈,LED日光燈,LED光纖燈已悄悄地進入家庭!
LED照明顏色
  LED(LightingEmittingDiode)照明即是發光二極管照明,是一種半導體固體發光器件。它是利用固體半導體芯片作為發光材料,在半導體中通過載流子發生復合放出過剩的能量而引起光子發射,直接發出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。LED照明產品就是利用LED作為光源制造出來的照明器具。   
照明原理   
    LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)等半導體制成的,其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-N特性,即正向導通,反向截止、擊穿特性。此外,在一定條件下,它還具有發光特性。在正向電壓下,電子由N區注入P區,空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)復合而發光。
LED優點
  LED的內在特征決定了它具有很多優點,諸如:
一、體積小
  LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環氧樹脂里面,所以它非常小,非常輕。
二、耗電量低
  LED耗電相當低,直流驅動,超低功耗(單管0.03-0.06瓦),電光功率轉換接近30%。一般來說LED的工作電壓是2-3.6V,工作電流是0.02-0.03A;這就是說,它消耗的電能不超過0.1W,相同照明效果比傳統光源節能近80%。
三、使用壽命長
  有人稱LED光源為長壽燈。它為固體冷光源,環氧樹脂封裝,燈體內也沒有松動的部分,不存在燈絲發光易燒、熱沉積、光衰等缺點,在恰當的電流和電壓下,使用壽命可達6萬到10萬小時,比傳統光源壽命長10倍以上。
四、高亮度、低熱量
  LED使用冷發光技術,發熱量比普通照明燈具低很多。
五、環保
  LED是由無毒的材料作成,不像熒光燈含水銀會造成污染,同時LED也可以回收再利用。光譜中沒有紫外線和紅外線,既沒有熱量,也沒有輻射,眩光小,冷光源,可以安全觸摸,屬于典型的綠色照明光源
六、堅固耐用
  LED被完全封裝在環氧樹脂里面,比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內也沒有松動的部分,使得LED不易損壞。 
七、多變幻
  LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理,在計算機技術控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合,即可產生256×256×256=16777216種顏色,形成不同光色的組合變化多端,實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。
八、技術先進
  與傳統光源單調的發光效果相比,LED光源是低壓微電子產品。它成功融合了計算機技術、網絡通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等,所以亦是數字信息化產品,是半導體光電器件“高新尖”技術,具有在線編程、無限升級、靈活多變的特點。

LED設計理念
 
  LED的出現打破了傳統光源的設計方法與思路,目前有兩種最新的設計理念。   1.情景照明:是2008年由飛利浦提出的情景照明,以環境的需求來設計燈具。情景照明以場所為出發點,旨在營造一種漂亮、絢麗的光照環境,去烘托場景效果,使人感覺到有場景氛圍。   
    2.情調照明:是以人的需求來設計燈具。情調照明是以人情感為出發點,從人的角度去創造一種意境般的光照環境。情調照明與情景照明有所不同,情調照明是動態的,可以滿足人的精神需求的照明方式,使人感到有情調;而情景照明是靜態的,它只能強調場景光照的需求,而不能表達人的情緒,從某種意義上說,情調照明涵蓋情景照明。情調照明包含四個方面:一是環保節能,二是健康,三是智能化,四是人性化。
LED的發光原理
 
  發光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)等半導體制成的,其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-N特性,即正向導通,反向截止、擊穿特性。此外,在一定條件下,它還具有發光特性。在正向電壓下,電子由N區注入P區,空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)復合而發光。   
    假設發光是在P區中發生的,那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發光,或者先被發光中心捕獲后,再與空穴復合發光。除了這種發光復合外,還有些電子被非發光中心(這個中心介于導帶、介帶中間附近)捕獲,而后再與空穴復合,每次釋放的能量不大,不能形成可見光。發光的復合量相對于非發光復合量的比例越大,光量子效率越高。由于復合是在少子擴散區內發光的,所以光僅在靠近PN結面數μm以內產生。   
    理論和實踐證明,光的峰值波長λ與發光區域的半導體材料禁帶寬度Eg有關,即   
    λ≈1240/Eg(nm)   
    式中Eg的單位為電子伏特(eV)。若能產生可見光(波長在380nm紫光~780nm紅光),半導體材料的Eg應在3.26~1.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光。現在已有紅外、紅、黃、綠及藍光發光二極管,但其中藍光二極管成本、價格很高,使用不普遍。
照明用白光LED
  可見光的光譜和LED白光的關系。 眾所周之,可見光光譜的波長范圍為380nm~760nm,是人眼可感受到的七色光——紅、橙、黃、綠、青、藍、紫,但這七種顏色的光都各自是一種單色光。例如LED發的紅光的峰值波長為565nm。在可見光的光譜中是沒有白色光的,因為白光不是單色光,而是由多種單色光合成的復合光,正如太陽光是由七種單色光合成的白色光,而彩色電視機中的白色光也是由三基色紅、綠、藍合成。由此可見,要使LED發出白光,它的光譜特性應包括整個可見的光譜范圍。但要制造這種性能的LED,在目前的工藝條件下是不可能的。根據人們對可見光的研究,人眼睛所能見的白光,至少需兩種光的混合,即二波長發光(藍色光+黃色光)或三波長發光(藍色光+綠色光+紅色光)的模式。上述兩種模式的白光,都需要藍色光,所以攝取藍色光已成為制造白光的關鍵技術,即當前各大LED制造公司追逐的“藍光技術”。目前國際上掌握“藍光技術”的廠商僅有少數幾家,所以白光LED的推廣應用,尤其是高亮度白光LED在我國的推廣還有一個過程。   
    白光LED的工藝結構和白色光源。 對于一般照明,在工藝結構上,白光LED通常采用兩種方法形成,第一種是利用“藍光技術”與熒光粉配合形成白光;第二種是多種單色光混合方法。這兩種方法都已能成功產生白光器件。 
白光LED照明新光源的應用前景。 為了說明白光LED的特點,先看看目前所用的照明燈光源的狀況。白熾燈和鹵鎢燈,其光效為12~24流明/瓦;熒光燈和HID燈的光效為50~120流明/瓦。對白光LED:在1998年,白光LED的光效只有5流明/瓦,到了1999年已達到15流明/瓦,這一指標與一般家用白熾燈相近,而在2000年時,白光LED的光效已達25流明/瓦,這一指標與鹵鎢燈相近。2012年,白光LED的光效已達120流明/瓦,白光LED作家用照明光源開始推廣普及。預計到2020年時,LED的光效可望達到200流明/瓦。   
    普通照明用的白熾燈和鹵鎢燈雖價格便宜,但光效低(燈的熱效應白白耗電),壽命短,維護工作量大,但若用白光LED作照明,不僅光效高,而且壽命長(連續工作時間10000小時以上),幾乎無需維護。目前,德國Hella公司利用白光LED開發了飛機閱讀燈;澳大利亞首都堪培拉的一條街道已用了白光LED作路燈照明;我國的城市交通管理燈也正用白光LED取代早期的交通秩序指示燈。可以預見不久的將來,白光LED定會進入家庭取代現有的照明燈。   
    LED光源具有使用低壓電源、耗能少、適用性強、穩定性高、響應時間短、對環境無污染、多色發光等的優點,雖然價格較現有照明器材昂貴,仍被認為是它將不可避免地現有照明器件。
LED的調光控制
  傳統上,LED的調光是利用一個DC信號或濾液PWM對LED中的正向電流進行調節來完成的。減小LED電流將起到調節LED光輸出強度的作用,然而,正向電流的變化也會改變LED的彩色,因為LED的色度會隨著電流的變化而變化。許多應用(例如汽車和LCD TV背光照明)都不能允許LED發生任何的色彩漂移。在這些應用中,由于周圍環境中存在不同的光線變化,而且人眼對于光強的微小變化都很敏感,因此寬范圍調光是必需的。通過施加一個PWM信號來控制LED亮度的做法允許不改變彩色的情況下完成LED的調光。   
    人們常說的真正彩色(True Color)PWM調光是利用一個PWM信號來調節LED的亮度。   
    調節LED亮度有三種常用方法:   
   (1)使用SET電阻,在LED驅動控制IC引腳RSET兩端并聯不同的轉換電阻,使用一個直流電壓設置LED驅動控制IC引腳RSET的電流,從而改變LED的正向工作電流,達到調節ALED發光亮度的目的。   
   (2)采用PWM技術,利用PWM控制信號,通過控制LED的正向工作電流的占空比來調節ALED的發光亮度。   
   (3)線性調節,最簡便的方法是在LED驅動控制C中使用外部SET電阻來實現LED的調光控制。雖然,這種調光控制方法有效,但卻缺乏靈活性,無法讓用戶改變光強度。線性調節則會降低效率,并引起白光LED朝向黃色光譜的色彩偏移。可能是輕微的偏移,但可在敏感應用中檢測出。   
    采用數字或叫PWM的LED調光控制法以大于100HZ的開關工作頻率,以脈寬調制的方法改變LED驅動電流的脈沖占空比來實理LED的調光控制,選用大于100HZ開關調光控制頻率主要是為了避免人眼感覺到調光閃爍現象,在LED的PWM調光控制下,LED的發光亮度正比于PWM的脈沖占空比,在這種調光控制方法下,可以在高度調光比范圍內保持LED的發光顏色不變,采用PWM的LED調光控制的調光比范圍可達3000:1。   
    線性LED調光控制方法就是采用模擬調光控制方法,在模擬調光控制下,通過調節LED的正向工作電流來實現LED的調光控制,調光控制范圍可達10:1。       如果要進一步降低LED的正向工作電流則會產生LED發光顏色發生變化和不能準確調節控制LED的正向工作電流的問題。
運作參數和效率
  一般最常見的LED工作功率都是設定于30至60毫瓦電能以下。在1999年開始引入了可以在1瓦電力輸入下連續使用的商業品級LED。這些LED都以特大的半導體芯片來處理高電能輸入的問題,而那半導體芯片都是固定在金屬鐵片上,以助散熱。在2002年,在市場上開始有5瓦的LED的出現,而其效率大約是每瓦18至22流明。   
    2003年九月,Cree,Inc.公司展示了其新款的藍光LED,在20毫安下達到35%的照明效率。他們亦制造了一款達65流明每瓦的白光LED商品,這是當時市場上最光的白光LED。在2005年他們展示了一款白光LED原型,在350毫安工作環境下,創下了每瓦70流明的記錄性效率。   
    今天,OLED的工作效率比起一般的LED低得多,最高的都只是在10%左右。但OLED的生產成本低得多,例如可以用簡單的印制方法將特大的OLED數組安放在屏幕上,用以制造彩色顯示屏。
參數測量標準
  1·1·1、發光(輻射) 效能的定義   
    首先,必須修正對這個術語的誤解,發光(輻射)效率(efficiency)   
    用在此文中是不妥的,因為效率是指無量綱的物理量,而此處是有量綱的。所以,正確的叫法是“發光(輻射) 效能(efficacy) ”。   
    發光(輻射) 效能的定義:   
    CIE 定義:LED 發出的光通量(輻射通量) 與耗費電功率之比。  
   IEC 定義:LED 發出的光通量(輻射通量) 與耗費正向電流之比[4 ] 。       評論:CIE 的發光效能要測3 個物理量:總光通量,正向電流,正向電壓(或內阻) 。而IEC 只需測量兩個物理量:總光通量、正向電流。它沒有選擇正向電壓是很明智的,因正向電壓會隨管芯溫度的升高而下降。作者認為,IEC 的定義是不夠嚴謹的。因為即使對于同一批次的管芯和封裝,管芯的內阻及端電壓存在微小差異,所以僅適用于對發光(輻射) 效能允許有一定變動范圍的情況。這樣測試時間將縮短,因只需測量兩個物理量。   
    1·1·2、發光強度的測量距離   
    CIE[5 ] 規定了發光強度的測量距離有兩種:遠場(條件A) 為316mm ,對應的立體角為01001Sr;近場(條件B) 為100mm ,對應的立體角為0101Sr :兩者之間可以相互轉換,遠場測量結果乘以10 就得到近場測量結果。   
    IEC[6 ]規定的測量距離僅為近場(條件B) ,立體角< 0101Sr ; (為什么不寫等于0101Sr ?) 。  
   對測量距離,CIE 明確規定從LED 的外殼頂端到光探測器的靈敏面。而IEC 規定得比較模糊。   
    評論:表面看起來,遠場測量比近場測量有時候不確定度要小,因為在此條件下對測量距離、電流和雜散光的要求可相對低一些。但同時,LED 安裝傾角的影響卻相對增大,這可是一個大誤差源。一般而論,遠場條件可適用強照明及封裝產品,而近場條件 適用于弱照明和芯片、指示燈和背光源等。故均有存在的必要性。其次,CIE 在邏輯上不夠嚴謹。   
    首先,它用很大篇幅說明了LED 不是點光源,故距離平方反比定律不成立,發光強度這個概念也不適用。另外在實踐上,它實際上是測量LED 在光電探測器靈敏面上的照度,然后乘以距離的平方而得到發光強度。   
    這樣,曾經被否定的距離平方反比定律實際上仍用到了。簡單說分為 : 同步控制系統(與計算機輸出內容同步);異步脫機控制系統(將內容存儲在控制卡內,脫機運行)   
    隨著近2年LED顯示屏的飛速發展,LED控制系統的市場也變的更加廣闊,尤其是09年剛剛新起的維達U盤LED控制卡目前使用的最多,維達U盤LED控制卡可用串口連接電腦,也可用U盤傳遞信息,省電腦、免布線、支持模擬時鐘、流水邊框,維達U盤LED控制卡適合各種室內外顯示屏,上市以來深受全國各地LED顯示屏廠商喜愛。LED顯示屏發展到今已逐步走入民用化,如各種店面用的門頭屏、室內外的各種方形屏和其他的各種條型屏等。目前要配顯示屏必須要配接一臺電腦來更新內容,這使得很大一部分用戶特別是廣告用戶更新節目困難。U盤LED控制卡解決了這一難題,使用U盤這個最常見而且價廉的信息傳遞媒介工具,即使用戶沒有電腦也可借助網吧、家里或者朋友的電腦編好內容去更新顯示屏內容,U盤不需要一直插在顯示屏或其延長線上,插上后幾秒鐘后信息便存入屏內,U盤便可拔走。U盤LED控制卡具有常用的串口通訊功能,想用電腦直接通訊的用戶可直接接上使用。用U盤傳遞LED顯示屏內容,并已逐步應用于全國各地的LED顯示屏上。  
   LED顯示屏控制卡又稱LED異步控制器,是LED圖文顯示屏的核心部件。負責接收來自計算機串行口的畫面顯示信息,置入幀存儲器,按分區驅動方式生成LED顯示屏所需的串行顯示數據和掃描控制時序。 LED顯示屏以顯示各種文字、符號和圖形為主。畫面顯示信息由計算機編輯,經RS232/485串行口預先置入LED顯示屏的幀存儲器,然后逐屏顯示播放,循環往復。顯示方式豐富多彩,顯示屏脫機工作。LED顯示屏因其控制靈活,操作方便,成本低廉,在社會各行業有著廣泛的應用。
LED分類
  1、按發光管發光顏色分   
    按發光管發光顏色分,可分成紅色、橙色、綠色(又細分黃綠、標準綠和純綠)、藍光等。另外,有的發光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。
  根據發光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色,上述各種顏色的發光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發光二極管適合于做指示燈用。
  2、按發光管出光面特征分
  按發光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。國外通常把φ3mm的發光二極管記作T-1;把φ5mm的記作T-1(3/4);把φ4.4mm的記作T-1(1/4)。
   由半值角大小可以估計圓形發光強度角分布情況。
   從發光強度角分布圖來分有三類:
   (1)高指向性。一般為尖頭環氧封裝,或是帶金屬反射腔封裝,且不加散射劑。半值角為5°~20°或更小,具有很高的指向性,可作局部照明光源用,或與光檢出器聯用以組成自動檢測系統。
   (2)標準型。通常作指示燈用,其半值角為20°~45°。
   (3)散射型。這是視角較大的指示燈,半值角為45°~90°或更大,散射劑的量較大。
   3、按發光二極管的結構分
   按發光二極管的結構分有全環氧包封、金屬底座環氧封裝、陶瓷底座環氧封裝及玻璃封裝等結構。
   4、按發光強度和工作電流分
   按發光強度和工作電流分有普通亮度的LED(發光強度10mcd);把發光強度在10~100mcd間的叫高亮度發光二極管。一般LED的工作電流在十幾mA至幾十mA,而低電流LED的工作電流在2mA以下(亮度與普通發光管相同)。
   除上述分類方法外,還有按芯片材料分類及按功能分類的方法。
LED應用于路燈
  一、優勢在于:
  第一,LED作為點光源,如果設計合理,很大程度上可以直接解決傳統球狀光源必須依靠光發射來解決的二次取光及光損耗問題;
  第二,對光照射面的均勻度可控,理論上可以做到在目標區域內完全均勻,這也能避免傳統光源“燈下亮”現象中的光浪費;
  第三,色溫可選,這樣在不同場合的應用中,也是提高效率、降低成本的一個重要途徑;
  第四,技術進步空間依然很大。
  二、劣勢(影響路燈推廣應用的因素)有:
   當前價格還太高,光通量低,當前同等照度設計的LED光源價格大約相當于傳統光源的4倍(不過在路燈產品中,光源部分占總成本并不高,所以在工程安裝中的成本提高比例也不會太高,應用的空間還是比較大的),在民用中難以承受。當前設計和制造標準比較混亂,損壞比例高,影響了LED的壽命優勢。
LED應用的相關產品
  LED球泡燈
  1.LED景觀:LED硬燈條,LED柔性燈帶,LED數碼管,LED流星雨,LED投光燈,LED洗墻燈,LED點光源,LED吸頂燈,LED埋地燈,LED水下燈;
   2.LED室內:LED日光燈,LED射燈,LED球泡燈,LED天花燈,LED柜臺燈;     3.LED交通:LED路燈;
    4.LED汽車燈飾;  
   5.LED廣告/指示:LED泛光燈;  
   6.LED顯示屏,LED等其它。  
   1、國內企業沒有核心技術
  LED行業的上游的絕大部分核心專利被國外的廠商所掌握。目前,我們沒有掌握核心技術,盡管我們LED應用產品制造能力在全球占到50%,份額占到50%,但利潤卻是最低的一環。
  LED芯片隨工藝、數量增長采用更大尺寸晶圓片制作工藝,會不斷的降低成本,近年來每年在20%速度降低,LED芯片價格因數中,要將光效的提升也計入價格降低中,同樣的價格購買了更好的產品。LED照明燈具的成本主要在LED芯片,只要芯片價格降下來,LED的流明單價能降到與現階段的節能燈相當,室內照明就自然遍地開花。LED芯片還大有降價空間。
   2、LED應用產品散熱難
   結構設計在燈具中大概占20%,一直以來中國勤勞人民都會定價很低,20%成本認為很合理,最大的問題是怎樣更有創新,設計更合理。
   散熱成本要維持在5%,實際散熱設計很簡單,把住兩個方向:一是,LED芯片與外散熱器件路徑越短越好,越短你的散熱設計就越好;二是,散熱阻力,就是要有足夠的散熱傳導路徑同時也要有足夠的‘散熱道路’.這部分成本主要在結構,用于散熱成本并不多。
   3、LED應用電源管理
   電源是LED燈具最薄弱的環節,嚴重滯后LED燈具發展,品質有待提高。現在設計占燈具成本的20%左右,有些高。隨著技術發展電源大概在5-10%最為合理。    LED成本高,其實是相對目前其他光源來說,作為20世紀90年代才發明藍光LED,從而導致LED白光得以實現的LED行業而言,其實現在的成本并不高。尤其是LED環保、節能、不含汞,而且每季度LED燈具的價格都在往下滑,相信一定可以在較短的時間內達到人們能夠接受的水平。 根據電網的用電規則和LED驅動電源的特性要求,在選擇和設計LED驅動電源時要考慮到以下九大性能特點要求:   1.高可靠性 特別像LED路燈的驅動電源,裝在高空,維修不方便,維修的花費也大。   
  2.高效率 LED是節能產品,驅動電源的效率要高。對于電源安裝在燈具內的結構,尤為重要。因為LED的發光效率隨著LED溫度的升高而下降,所以LED的散熱非常重要。電源的效率高,它的耗損功率小,在燈具內發熱量就小,也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。  
 3.高功率因素功率因素是電網對負載的要求。一般70瓦以下的用電器,沒有強制性指標。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網的影響不大,但晚上大家點燈,同類負載太集中,會對電網產生較嚴重的污染。對于30瓦~40瓦的LED驅動電源,據說不久的將來,也許會對功率因素方面有一定的指標要求。   4.驅動方式 現在通行的有兩種:其一是一個恒壓源供多個恒流源,每個恒流源單獨給每路LED供電。這種方式,組合靈活,一路LED故障,不影響其他LED的工作,但成本會略高一點。另一種是直接恒流供電,LED串聯或并聯運行。它的優點是成本低一點,但靈活性差,還要解決某個LED故障,不影響其他LED運行的問題。這兩種形式,在一段時間內并存。多路恒流輸出供電方式,在成本和性能方面會較好。也許是以后的主流方向。  
 5.浪涌保護 LED抗浪涌的能力是比較差的,特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。有些LED燈裝在戶外,如LED路燈。由于電網負載的啟甩和雷擊的感應,從電網系統會侵入各種浪涌,有些浪涌會導致LED的損壞。因此LED驅動電源要有抑制浪涌的侵入,保護LED不被損壞的能力。  
 6.保護功能 電源除了常規的保護功能外,最好在恒流輸出中增加LED溫度負反饋,防止LED溫度過高。  
 7.防護方面 燈具外安裝型,電源結構要防水、防潮,外殼要耐曬。  
 8.驅動電源的壽命要與LED的壽命相適配。  
 9.要符合安規和電磁兼容的要求。
   隨著LED的應用日益廣泛,LED驅動電源的性能將越來越適合LED的要求。  LED封裝技術  
   1.擴晶:把排列的密密麻麻的晶片弄開一點便于固晶。  
  2.固晶:在支架底部點上導電/不導電的膠水(導電與否視晶片是上下型PN結還是左右型PN結而定)然后把晶片放入支架里面。  
   3.短烤:讓膠水固化焊線時晶片不移動。  
   4.焊線:用金線把晶片和支架導通。  
   5.前測:初步測試能不能亮。
  6.灌膠:用膠水把芯片和支架包裹起來。
  7.長烤:讓膠水固化。
  8.后測:測試能亮與否以及電性參數是否達標。
  9.分光分色把顏色和電壓大致上一致的產品分出來。
  10.包裝。
  面臨的問題
  在國家推動產業結構優化升級、培育新的產業增長點這一戰略任務的指導下,LED成為各地方政府的發展重點,東莞、惠州、佛山、深圳、大連、南昌、廈門等地方政府紛紛制定了產業發展戰略規劃,國內掀起了一股LED投資熱潮。作為占據國內LED總產值的近半壁江山的廣東,在5月發布的《關于加快經濟發展方式轉變的若干意見》中,將半導體照明(LED)產業列為廣東近期重點主抓的三大戰略性新興產業之一。LED產業在廣東已經形成了百舸爭流的局面。深圳、東莞、佛山都已經將LED產業列為支柱型產業發展。LED產業已經呈現出全面開花之勢。
   國內LED企業迅速崛起并迅速擴大產能,為爭奪LED市場展開攻略。從國內LED產業龍頭企業三安光電到擴張產能的士蘭微再到半路出家的德豪潤達,LED產業熱潮幾乎席卷了整個行業,由于國內LED產品技術整體水平不高,國內企業普遍規模小、技術實力弱、產品檔次也比較低,LED市場競爭激烈,相關廠商爭打價格戰,同時LED產業內也出現了無序投資、惡性競爭等現象。從目前國內市場動態和LED產業結構分布來看,已經出現很嚴重的重復投資的問題。
  另外,一些地方政府在發展經濟中有意將地方市場向本地企業開放,或者以投資換市場的方式鎖住地方市場,地方保護主義有抬頭趨勢。若不打破這種地方行政壁壘,必然帶來地區之間的產業項目趨同,直接加大產業泡沫,阻礙區域一體化發展進程。不同區域要突出不同特色,要避免為短期利益簡單重復建設,導致未來惡性競爭。
  此外,中國的LED照明還存在一系列其它問題,例如中國目前還沒有LED燈具國家標準,只有一些地方的標準;我國本土LED燈具造型創新設計能力明顯不足等。要解決好這些問題,才能使LED產業發展更加健康,LED產品才能更適應大眾的需要。市場主導是LED照明產業可以長期健康發展的基礎,政府要在政策、法規、研發投入、應用示范和標準等多方面來引導和扶持,全國一盤棋,整體規劃,才能引導LED產業持續健康發展。
   LED與LED可見光通訊技術
   既然高功率 LED 即將成為下一代固態照明(SSL)的主力,電子產業界也浮現了更為大膽的新思維。也就是舍棄擁擠不堪的射頻頻寬,改用速度快到人眼難以辨識的LED切換方式來傳送數據,這樣的方式便稱為LED可見光通訊 (VLC)。透過先進的技術支援,每一種新的LED燈具都能以有線方式接取骨干網路,使不同設備間可實現無所不在的無線通訊,且不會增加現有射頻頻寬的負擔。這種LED可見光通訊傳輸技術多采用白光LED ,因為白光LED特點為快速反應,能作為可見光通訊技術的基礎。LED可見光傳輸技術是利用螢光燈或是白光LED等室內照明設備,發出肉眼無法察覺的高速明暗閃爍訊號,以無線方式來傳輸資料。采用可見光是因為其波長范圍大,可透過設計將可見光訊號透過不同波長傳輸。而研發人員也會測試不同光波長,利用構成白光的不同色彩,對多條資料流進行編碼內容的研發。
   LED可見光通訊技術的優點,在於可避免一般WLAN或高頻無線傳輸的電磁波,對人體與周邊電子設備造成干擾的影響,并可取代無線基地臺,同時具備安全性高的特點。目前許多業界、標準組織,或者得到政府資助的計劃都開始研發LED可見光通訊,其前景十分被看好。畢竟僅傳統照明市場的規模便達到數兆美元,未來過渡到固態照明市場,其商機十分可觀。
   LED的重要參數釋疑
   1.正向工作電流If:
   它是指發光二極體正常發光時的正向電流值。在實際使用中應根據需要選擇IF在0.6·IFm以下。
   2.正向工作電壓VF:
   參數表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在IF=20mA時測得的。發光二極體正向工作電壓VF在1.4~3V。在外界溫度升高時,VF將下降。  3.V-I特性:
   發光二極體的電壓與電流的關系,在正向電壓正小于某一值(叫閾值)時,電流極小,不發光。當電壓超過某一值后,正向電流隨電壓迅速增加,發光。      4.發光強度IV:
   發光二極體的發光強度通常是指法線(對圓柱形發光管是指其軸線)方向上的發光強度。若在該方向上輻射強度為(1/683)W/sr時,則發光1坎德拉(符號為cd)。由于一般LED的發光強度小,所以發光強度常用燭光(坎德拉, mcd)作單位。   
     5.LED的發光角度:
   -90°- +90°
   6.光譜半寬度Δλ:
   它表示發光管的光譜純度。
   7.半值角θ1/2和視角:
   θ1/2是指發光強度值為軸向強度值一半的方向與發光軸向(法向)的夾角。
   8.全形:
   根據LED發光立體角換算出的角度,也叫平面角。
   9.視角:
   指LED發光的最大角度,根據視角不同,應用也不同,也叫光強角。        10.半形:
   法向0°與最大發光強度值/2之間的夾角。嚴格上來說,是最大發光強度值與最大發光強度值/2所對應的夾角。LED的封裝技術導致最大發光角度并不是法向0°的光強值,引入偏差角,指得是最大發光強度對應的角度與法向0°之間的夾角。   
     11.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。
   12.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。        13.工作環境topm:
   發光二極體可正常工作的環境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍,發光二極體將不能正常工作,效率大大降低。
   14.允許功耗Pm:
   允許加于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。
   LED焊接技術要求及操作注意事項
   1、生產時一定要戴防靜電手套,防靜電手腕,電烙鐵一定要接地,嚴禁徒手觸摸白光LED的兩只引線腳。因為白光LED的防靜電為100V,而在工作臺上工作濕度為60%-90%時人體的靜電會損壞發光二極體的結晶層,工作一段時間后(如10小時)二極體就會失效(不亮),嚴重時會立即失效。
   2、焊接溫度為260℃,3秒。溫度過高,時間過長會燒壞芯片。為了更好地保護LED,LED膠體與PC板應保持2mm以上的間距,以使焊接熱量在引腳中散除。      3、LED的正常工作電流為20mA,電壓的微小波動(如0.1V)都將引起電流的大幅度波動(10%-15%)。因此,在電路設計時應根據LED的壓降配對不同的限流電阻,以保證LED處于最佳工作狀態。電流過大,LED會縮短壽命,電流過小,達不到所需光強。 一般在批量供貨時會將LED分光分色,即同一包產品里的LED光強、電壓、光色都是的,并在分光色表上注明。
   LED透鏡填充硅膠過程
   3.1 基材表面應該清潔干燥。可以加熱去除基材表面的濕氣;可以用石腦油、甲基乙基酮肟(MEK)或其它合適的溶劑清洗基材表面。不應該使用對基材有溶解或腐蝕的溶劑,不應該使用有殘留的溶劑。
   3.2 按照推薦的混合比例——A:B = 1:1(重量比),準確稱量到清潔的玻璃容器中,并充分混合均勻。使用高速的攪拌設備混合時,高速攪拌產生的熱量有可能使膠的溫度升高,從而縮短使用時間。
   3.3 在10mmHg的真空下脫出氣泡。一般在分配封裝材料之前脫出氣泡。根據需要在分配后也可以增加脫氣泡的程序。
   3.4 為保證膠料的可操作性,A、B混合后請在60分鐘內用完。
   3.5 最佳固化條件為在25℃下固化,3-4小時開始固化,完全固化需要24小時;亦可在50℃加熱60min固化。當固化溫度低于25℃時,適當延長固化時間或者提高固化溫度有助于產品的完全固化。
   LED產業鏈構成
內容
   LED產業鏈大致可以分為五個部分。一、原材料。二、LED上游產業,主要包括外延材料和芯片制造。三、LED中游產業,主要包括各種LED器件和封裝。四、LED下游產業,主要包括各種LED的應用產品產業。五、測試儀器和生產設備。      關于LED上游、中游和下游產業,下面將有詳細介紹這里重點介紹原材料產業和測試儀器和生產設備產業。
   LED發光材料和器件的原材料包括襯底材料砷化鎵單晶、氮化鋁單晶等。它們大部分是III-V族化合物半導體單晶,生產工藝比較成熟,已有開啟即用的拋光征供貨。其他原材料還有金屬高純鎵,高純金屬有機物源如三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基銦、三甲基鋁等,高純氣體氨、氮、氫等。原材料的純度一般都要在6N以上。封裝材料有環氧樹脂、ABS、PC、PPD等。
   外延材料的測試儀器主要有x射線雙晶衍射儀,熒光譜儀、盧瑟福背散射溝道譜儀等。芯片、器件測試儀器主要有LED光電特性測試儀,光譜分析儀等,主要測試參數為正反向電壓、電流特性、法向光強、光強角分布、光通量、峰值波長、主波長、色光標、顯色指數等。生產設備則有MOCVD設備、液相外延爐、鍍膜機、光刻機、等離子清洗機、劃片機、全自動固晶機、金絲球焊機、硅鋁絲超聲壓焊機、灌膠機、真空烘箱、芯片計數儀、芯片檢測儀、倒膜機、光色電全自動分選機等。景觀照明市場:包括建筑裝飾、室內裝飾、旅游景點裝飾等,主要用于重要建筑、街道、商業中心、名勝古跡、橋梁、社區、庭院、草坪、家居、休閑娛樂場所的裝飾照明,以及集裝飾與廣告為一體的商業照明。 汽車市場:車用市場是LED運用發展最快的市場,主要用于車內的儀表盤、空調、音響等指示燈及內部閱讀燈,車外的第三剎車燈、尾燈、轉向燈、側燈等。 背光源市場:LED作為背光源已普遍運用于手機、電腦、手持掌上電子產品及汽車、飛機儀表盤等眾多領域。
應用
  交通燈市場:由于紅、黃、綠光LED有亮度高、壽命長、省電等優點,       特殊工作照明和軍事運用:由于LED光源具有抗震性、耐候性、密封性好,以及熱輻射低、體積小、便于攜帶等特點,可廣泛應用于防爆、野外作業、礦山、軍事行動等特殊工作場所或惡劣工作環境之中。
   上海世博會上,中科院展出了一盞外觀普通,發著柔和燈光的LED臺燈,這盞“神燈”雖然不會讓你家財萬貫,夢想成真,但是卻可以在它燈光的照耀下通過一個小小的接收裝置就可以讓你的筆記本電腦輕松連入互聯網,不需要網線,也不需要無線網卡。
   那這種技術是怎樣實現的呢?
   我們都知道筆記本上高清晰的視頻節目,超鏈接下一張張的網頁,下載的各種應用程序其中都包括了海量的數據,為了使電磁波能夠傳遞數據,就要讓電磁波的強度隨著時間不斷變化,以代表不同的信息,這樣的過程稱為“調制”。無線電波可以通過一定的電路對它們進行快速的調制,可是對于以前的電燈來講,卻是不容易的。近些年來普遍使用的LED(發光二極管)燈就不同了,可以通過調節發光二極管兩端的電壓迅速調節燈的亮度,世博會上展示的LED燈每秒可以“閃爍”達200萬次,提供的網速甚至足以超過現有的無線上網。在接受的一端,筆記本上的光電轉換器會把變化的光線源源不斷地轉換成電信號,經過進一步處理變為一張張我們可以瀏覽的網頁。電腦的數據也可以通過接收器上的紅外LED燈發射出來,傳送給控制器。
編輯本段發展歷史
   ①1962年,GE、Monsanto、IBM的聯合實驗室開發出了發紅光的磷砷化鎵(GaAsP)半導體化合物,從此可見光發光二極管步入商業化發展進程。
   ②1965年,全球第一款商用化發光二極管誕生,它是用鍺材料做成的可發出紅外光的LED,當時的單價約為45美元。其后不久,Monsanto和惠普公司推出了用GaAsP材料制作的商用化紅色LED。這種LED的效率為每瓦大約0.1流明,比一般的60至100瓦白熾燈的每瓦15流明要低上100多倍。
   ③1968年,LED的研發取得了突破性進展,利用氮摻雜工藝使GaAsP器件的效率達到了1流明/瓦,并且能夠發出紅光、橙光和黃色光。
   ④1971,業界又推出了具有相同效率的GaP綠色芯片LED。
   ⑤到20世紀70年代,由于LED器件在家庭與辦公設備中的大量應用,LED的價格直線下跌。事實上,LED在那個時代主打市場是數字與文字顯示技術應用領域。    ⑥80年代早期的重大技術突破是開發出了AlGaAsLED,它能以每瓦10流明的發光效率發出紅光。這一技術進步使LED能夠應用于室外信息發布以及汽車高位剎車燈(CHMSL)設備。
   ⑦1990年,業界又開發出了能夠提供相當于最好的紅色器件性能的AlInGaP技術,這比當時標準的GaAsP器件性能要高出10倍。
   ⑧今天,效率最高的LED是用透明襯底AlInGaP材料做的。在1991年至2001年期間,材料技術、芯片尺寸和外形方面的進一步發展使商用化LED的光通量提高了將近30倍。
   ⑨1994年,日本科學家中村修二在GaN基片上研制出了第一只藍色發光二極管,由此引發了對GaN基LED研究和開發的熱潮。1996年由日本Nichia公司(日亞)成功開發出白色LED。
   ⑩20世紀90年代后期,研制出通過藍光激發YAG熒光粉產生白光的LED,但色澤不均勻,使用壽命短,價格高。隨著技術的不斷進步,近年來白光LED的發展相當迅速,白光LED的發光效率已經達到38lm/W,實驗室研究成果可以達到70lm/W,大大超過白熾燈,向熒光燈逼近。
   近幾年來,隨著人們對半導體發光材料研究的不斷深入,LED制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將是人類繼愛迪生發明白熾燈泡后,最偉大的發明之一。
LED照明國家標準
  LED標準建設是LED應用非常重要的議題。標準不在于多,而在于能被廣泛應用,從而形成科學的統一的技術評價平臺,為技術和貿易服務。當我們考慮制定的LED 燈具性能標準時,應堅持制定燈具標準的原則,研究如何保證燈具用好LED 光源、如何滿足各類場合照明的需求、如何滿足中國國情的需要。
   目前 LED 燈具標準的現狀是在現有燈具國家標準體系的范疇內,已有兩個燈具的性能要求,即讀寫臺燈性能要求和道路照明性能要求,這兩個標準也同樣適用于LED 燈具。這些LED臺燈和路燈國家標準是:
   -GB 7000.204-2008 燈具 第2-4 部分:特殊要求 可移式通用燈具
  -GB 7000.1-2007 燈具 第1 部分: 一般要求與試驗
  -GB 9473-2008 讀寫作業臺燈性能要求
  -GB 17743-2007 電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測量方法   -GB 17625.1-2003 電磁兼容 限值 諧波電流發射限值(設備每相輸入電流≤16A)
  -GB 17625.2-2007 電磁兼容 限值 對每相額定電流≤16A 且無條件接入的設備在公用低壓供電系統中產生的電壓變化、電壓波動和閃爍的限制
  -GB/T 18595-2001 一般照明用設備電磁兼容抗擾度要求評價道路照明燈具的國家標準是:
   -GB 7000.5-2005 道路與街路照明燈具安全要求
  -GB 7000.1-2007 燈具 第1 部分: 一般要求與試驗
  - GB/T 24827-2009 道路照明燈具性能要求
  -GB 17743-2007 電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測量方法   -GB 17625.1-2003 電磁兼容 限值 諧波電流發射限值(設備每相輸入電流≤16A)
  -GB 17625.2-2007 電磁兼容 限值 對每相額定電流≤16A 且無條件接入的設備在公用低壓供電系統中產生的電壓變化、電壓波動和閃爍的限制   -GB/T18595-2001 一般照明用設備電磁兼容抗擾度要求
   LED應用產品選購注意事項
   1.看電池,有普通電池和鋰電兩種,雖然鋰電為可充電電池,但壽命低,約2年,LED的壽命約10年,可根據實際情況來選擇。耐高溫、耐老化、充放電次數多的電源電池為最佳。
   2.看燈泡,燈泡熄滅的情況下,肉眼是很難區分它的好壞的,可以在點亮的情況下看燈泡的一致性。以一顆貼片LED為最佳!聚光、耐摔、永不炸燈泡,射程遠,可達100米;
   3.看光圈,好的LED手電筒光圈為均勻的一個圓,差的LED手電光斑分為黃藍兩色不均勻分布。
   4.看亮度,好的LED手電筒亮度高,衰減速度慢。可以用流明計來測算。      5.看防水,好的LED手電筒具備防水功能,抗震性能好,即耐摔。
   6.看外觀,這個大家比我會看,我不多說了。我選擇的是鋁合金外殼,美觀大方。
LED照明知名企業
  經過多年的發展,LED行業在國內的發展日與俱增,但是產品的質量現狀堪憂。目前在國內還沒有一家企業成為這個行業的領頭羊,專業從事LED光電子元件研發及生產.
LED的前景
  未來5年我國將逐步淘汰白熾燈
   人民網北京2011年11月4日電(記者 魏倩)記者今日從逐步淘汰白熾燈路線圖新聞發布會上獲悉,國家發展改革委、商務部、海關總署、國家工商總局、國家質檢總局聯合印發了《關于逐步禁止進口和銷售普通照明白熾燈的公告》。《公告》決定從2012年10月1日起,按照功率大小分階段逐步禁止進口和銷售普通照明白熾燈。
   中國2012年10月起禁售100瓦以上普通白熾燈
   中國是照明產品的生產和消費大國,節能燈、白熾燈產量均居世界首位,2010年白熾燈產量和國內銷量分別為38.5億只和10.7億只。據測算,中國照明用電約占全社會用電量的12%左右,采用高效照明產品替代白熾燈,節能減排潛力巨大。逐步淘汰白熾燈,對于促進中國照明電器行業結構優化升級、推動實現“十二五”節能減排目標任務、積極應對全球氣候變化具有重要意義。
   《公告》明確中國逐步淘汰白熾燈路線圖分為五個階段:
   2011年11月1日至2012年9月30日為過渡期;
   2012年10月1日起禁止進口和銷售100瓦及以上普通照明白熾燈;
   2014年10月1日起禁止進口和銷售60瓦及以上普通照明白熾燈;
   2015年10月1日至2016年9月30日為中期評估期;
   2016年10月1日起禁止進口和銷售15瓦及以上普通照明白熾燈,或視中期評估結果進行調整。
   發改委表示,通過實施路線圖,將有力促進中國照明電器行業健康發展,取得良好的節能減排效果,預計可新增照明電器行業產值約80億元(人民幣)、新增就業崗位約1.5萬個,行成年節電480億千瓦時、年減少二氧化碳排放4800萬噸的能力。

 
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