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节能新技术与应用-4-LED照明-218
芯片数 1
激发源 蓝色LED
发光材料 InGaN/YAG
发光原理 InGaN的蓝光与YAG的黄光混合成白光
显色性 >70
1 1 1 2 3
多个
蓝色LED
ZnSe
蓝色LED 紫外LED
InGaN/荧光粉 InGaN/荧光粉
蓝色LED+ 黄绿色LED
红色LED+绿 色LED+蓝色 LED
多种光色的 LED
100
75、100、150、 200、 图书馆一般阅览室
300、500、750、1000、
0.75m水平面
300
1500、2000、3000 、
一般超市营业厅
0.75m水平面
300
5000lx 分级。
办公建筑普通办公室
0.75m水平面
300
公用场所普通走廊
地面
50
医院候诊室、挂号厅
0.75m水平面
200
将发三元色的三种芯片封装在一起, 构成白色LED
将遍布可见光区的多种色光芯片封装 在一起,构成白色LED
>70 >90 >90 >70 >95
未知
7、LED的特点(优缺点)
1. 适用性强:体积小,携带方便,易制成各种形状的器件,适合易变的 环境。
2. 稳定性好,10万个小时,光衰为初始的50%。 3. 功耗低:节能,消耗能量较同光效的白炽灯减少80%。 4. 环保:对环境无污染,无有害重金属。 5. 响应时间快:白炽灯为MS级,LED为NS级。 6. 驱动电压小:比使用高压电源安全,适用于公共场所。 7. 光效潜能大:LED自诞生以来,遵循着每10年亮度提高30倍,价格下
平均寿命——也就是额定寿命,是指点亮批量灯完好率为50%的小时 数。普通白炽灯寿命1000小时, 日光灯寿命5000小时,节能灯寿命能 达到6000小时,LED寿命50000小时。
2、照明术语
眩光、光束角、三基色、频闪效应亮度
眩度—视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比,则可 以造成视觉不舒适称为眩光。眩光可以分为视能眩光和不舒 适眩光。眩光是影响照明质量的重要因素。 光束角—射灯发射光的空间分布,以中心最强,向四周逐 渐减弱到中心光强50%强度的圆锥角为光束角。 三基色—红、绿、蓝(稀土元素在紫外线照射下呈现的三 种颜色)。 频闪效应—电感式荧光灯随电压电流周期性变化,光通量 也周期性的产生强弱变化,使人产生不舒适的感觉,称为频 闪效应。频闪效应易使人产生错觉而造成事故。
交通工具扩大人类的空间,照明扩大人类的时间
1、LED可见光的波长范围:380-780 nm
X射线
紫外线Βιβλιοθήκη 可见光红外线无线电波
光是电磁波辐射到人的眼睛,经视觉神经转换为光线, 即能被肉眼看见的那部份光谱。这类射线的波长范围在 360到830nm之间,仅仅是电磁辐射光谱非常小的一部 份。
R(红):620-680 O(橙):600-620 Y(黄):580-600 G(绿):490-580 B(蓝):420-490 V(紫):380-420
功率因素与平均寿命
功率因数——电路中有用功率与实际功率之间的比值。功率因数低,则 电流中的谐波含量越高,对电网产生污染,破坏电网的平衡度,无功损 耗增加。国家有规定,要功率超过75瓦才有功率因数的要求。
白炽灯因为是一个纯电阻,它的功率因数当然等于1。 日光灯都是用一个大电感和一个起辉器来启动。点亮以后大电感就串联 在电路里,所以它基本上是一个感性负载,它的功率因数只有0.51-0.56。 以后改用电子镇流器,功率因数要好一些,但是因为电子镇流器很容易 烧毁,所以用得最多的还是电感镇流器。 节能灯的功率因数也是只有0.54左右,而且也是感性负载。 LED产业标准联盟的标准规定<10W, PF>0.7;功率在10W-30W之间, PF>0.85;功率>30W,PF>0.9。
根据国际照明委员会(CIE)的建议,灯具按光通量 在上下空间分布的比例分为五类:直接型、半直接型、 全漫射型(包括水平方向光线很少的直接—间接型)、 半间接型和间接型。
常用灯具效率
投光灯 泛光灯 荧光灯 LED
40%-55% 55%-70% 40%-55% 85%-90%
(1) 直接型灯具:直接投照下方,利用率最高,光通量(90-100%)。 (2) 半直接型灯具:射向下半球空间,少部分射向上方,减少阴影,光通量(60-90%)。 (3) 漫射型:封闭灯罩,均匀投射,灯具向上向下的光通量几乎相同(各占40%-60%)。 (4) 半间接灯具:上面敞口的半透明罩。光线更为柔和宜人。向下光通占10%-40%。 (5) 间接灯具:全部天棚成为一个照明光源眩光与反射眩光都很小。光通(10%以下)向下。
发光二极管是由数层很薄的搀杂半导体材料制成,一层带 过量的电子,另一层因缺乏电子而形成带正电的“空穴”,当 有电流通过时,电子和空穴相互结合并释放出能量,从而辐射 出光芒。
材料: GaAs(砷化镓)红光,GaP(磷化镓)绿光,GaN(氮化镓)蓝色
白光LED的合成方法:
1.二光谱白光:互补的色光合成白光。(1+1) 2.全光谱混合成白光。(1+1+1) 3.利用二次配光LENS合成白光。(1+1) 4.利用单芯片发出全光谱的光。(处于研发阶段)
6、LED发光原理
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pn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。
显色性是指事物的真实颜色(其自身的色泽)与某 一标准光源下所显示的颜色关系。Ra值的确定,是 将DIN6169标准中定义的8种测试颜色在标准光源和 被测试光源下做比较,色差越小则表明被测光源颜 色的显色性越好。
Ra值为100的光源表示,事物在其灯光下显示出来的 颜色与在标准光源下一致。
2、照明术语
常用荧光灯的型号和规格,分四部 分YZ 40 RR 32,YZ表示直管形, YH表示环形灯管,40表示功率, RR表示荧光灯颜色,日光形RR, 冷白色RL,暖白色RN,32表示外 径mm。
5、LED的历史演进
1)1965年,全球第一款商用化发光二极管诞生 ,效率0.1lm/W, 售价45$/只。 2)1968年,研发取得了突破性进展,GaAsP器件的效率达到了1lm/W,并且能 够发出红光、橙光和黄色光。 3)1971年,GaP绿色芯片LED。用途:指示用,长寿命10万小时,可靠。 4)80年代AlGaAs技术使得LED效率达到10lm/W,90年代的AlGaInP技术使得 LED效率达到100lm/W。用途:显示,信号用。用于室外的运动信息发布以及汽 车的高位刹车灯。 5)1994年,中村修二研制出了第一只GaN基高亮度蓝色发光二极管。 用途:由于蓝光LED的出现,人们首次实现红黄蓝LED的全色显示,从90年代中 期开始,许多广告、体育和娱乐场所开始应用LED大屏幕显示。 6)1997年,中村修二和美国人修博特先后研制出了GaN蓝色发光二极管激发黄 光荧光粉得到白光LED,效率不足10 lm/W。 7)2000年,日亚报道了15 lm/W白光LED。 8)2003年,日亚报道的光效达到60 lm/W, 2006年3月,光效达到100 lm/W。 9)2006年7月,Cree公司报道了130 lm/W白光LED。 10)2006年11月,日亚报道的光效达到150 lm/W,其效率已经超过节能灯,实 现了真正意义上的照明。 11)2007年3月,美国CREE公司光效达到157 lm/W,目前LED的效率向200 Lm/W前进。
白光LED
LED光被誉为第四代光源
2、照明术语
发光强度:
发光强度单位为烛光。烛光的概念最早 是英国人发明的,英国人以一磅的白蜡制 造出一英尺长的蜡烛所燃放出来的光来定 义烛光单位。烛光(Candela),音译“ 坎德拉”。
如今的定义已有了变化:以一立方厘米 的黑色发光体加热,一直到该发光体将熔 为液体时,所发出的光量的1/60就是标准 光源,而烛光就是这种标准光源所放射出 来的光量单位。
LED照明节能
LED是什么? Light Emitting Diode 发光二极管
首先请思考?为什么要照明
自然界一昼夜 24h为一个光照周期。有光照的 时间为明期,无光照的时间为暗期。生理需求。
人类进入自然条件下的洞穴、地下结构的需要。 建筑的特殊结构造成照明不足,或夜间使用。 交通工具的使用要求。 美观装饰的需求。 特殊生产工艺过程。
工业建筑机械加工粗加工
0.75m水平面
200
2、照明术语
单位:坎德拉/平方米 [cd/m2]
辉度L
辉度(L)是表示眼睛 从某一方向所看到物体 反射光的强度。
2、照明术语
光效
光效——单位:流明每瓦[lm/W] ①光效是指电能转换成光能的效率。②灯具效率
(也叫光输出系数)是衡量灯具利用能量效率的重要标 准,它是灯具输出的光能量与灯具内光源输出的光能 量之间的比例。
2、照明术语
光通量Φ:
点光源作用下,在单位立体角(1球面 度)内发出的光通量为“1流明”。光源 发射并被人的眼睛接收的能量之总和即为 光通量(Φ)单位:流明[lm]它是发光强度 (Luminous intensity)的单位。
与1烛光光源相距1英尺的1平方英尺面 积上的光量为1流明。40瓦的白炽灯220伏 时,光通量为340流明。常用的投影机流 明数值在1000-4000流明之间。