2022年半导体照明LED进入通用照明,呼唤lmw高发光效率的LED整理 .pdf

1 半导体照明进入通用照明，呼唤 160lm/w 高发光效率的LED王锦高（厦门科明达科技有限公司，厦门，361009）摘要： 白光 LED 具有节能、环保、高效和长寿命等诸多优点，是理想的照明光源。本文从市场应用、技术发展、国际竞争和价格的需求等方面出发，分析了提高高发光效率 (160lm/w)的必要性和可行性。关键词： 半导体照明白光 LED 发光效率 160lm/w 一、呼唤高发光效率160lm/wLED 的必要性半导体照明进入通用照明必须过三关：亮度关、寿命关、成本关。1、市场应用的需求市场呼唤供应商提供发光效率更高，光衰减更小、能耗更低和价格更低的新型 LED 产品。许多人已经认识到LED 照明节能，环保，高效能，长寿命。美好前景可以展望，现实关隘不易逾越。理想的LED 可以达到 210lm/w，其寿命 10万小时。现实产品LED 光效 80-90lm/w，通过灯具后整体光效约50lm/w，有巨大反差。今年 LED 路灯热，可以说是通用照明灯一匹黑马，有市场机会。路灯： 各种照明光源的性能指标比较如下：白炽灯荧光灯高压钠灯高压汞灯金卤灯LED 灯(2008) LED 灯(2009) 发光效率(lm/w) 15 70 90100 50 122 80-90 126-160 寿命（ h）1000 6000 20000 5000 10000 25000 50000 显色指数 Ra 95 75 23 45 70 75-85 75-85 环保性一般含汞含汞含汞一般好好从上表可以看出： 现实 LED80-90lm/w ，25000 小时寿命与科技部十一五规划要求100lm/w，5万小时仍有差距。 用 80-90lm/wLED 灯试图替代 122lm/w 金卤灯成本更高。 综合灯具光学设计， LED 光效 80-90lm/w，整体路灯光效约 50lm/w。 由于常规光源应用在道路照明中，直接照射到路面的光只有40%，60%光是通过灯具反射器而投射出灯具，而这类反射器效率仅为50-60%，因此常规光源其灯具的效率一般只有70%，而 LED 路灯经配光设计，大部分光是直接投射到路面，光效高，利用率也高，LED 照明节电，其灯具光效利用率也高。 把 LED 的发光效率提高到160lm/w，经精心的配光设计，灯具光效利用率将成倍提高。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 2 只有提高 LED发光效率，降低 LED光源成本，才能真正进入通用照明。背光源：液晶电脑、液晶电视、手机、 工业电视等，贴片 LED 由目前 1600-1800mcd提高到 2600mcd，既减少 LED 颗粒数，减轻重量，厚度，又节约成本，延长寿命。办公室，教室，家庭照明：过去 T8 卤素灯， Ra45，现在 T5 可在 7580左右，有益于保护视力。 LED 荧光灯，从广州照明展看到许多厂仍生产点状光源LED灯，如果这种灯借家电下乡推销到农村，是坑农，害农；这种灯如推向工厂，许多车间女工视网膜受到侵害， 视力逐步下降； 这种灯如推向教室， 更是坑害一代青年。必须对这些点光源进行改造，制成面光源，或者平板光源，偌大的广州照明展，仅有 2 家工厂开发生产面光源， 质量问题仍然多多。 因此要大力呼吁制造面光源，给需要光源的人们提供健康舒适的照明环境，这个理念需要持续宣传。制造面光源会有光损， 只有提高光亮度， 譬如拿 20%作为二次光学设计的光损，确保有效光源仍在130lm/w。特种照明 需要：现在大家坐在电视机前看电视，或许不用多久， 电视机市场就变了，你信吗？为什么？搞背投电视的厂家来找我，如用160lm/w 的 LED 灯做背投，只通过手机，把电视打在墙上的投光板就能看电视。以后手机转播电视，人们就可以在家看电影了。再看特种照明： 举个例子。 用 160lm/w 高光强 LED 灯做手电筒， 经过聚光，光束完全可以使您晕瞎，这在治安保卫中有妙用。LED 救生衣，用于飞机、航海，不管是在夜幕还是在水里，LED 救生灯为营救提供了帮助。2、技术发展的需要 白光 LED 作为照明光源产品，一定要符合 CIE1931 色品图中 8 个四边形坐标的规定值内。三基色节能灯的三基色调配要求要入圆圈(见图 1)，LED 白光的色品要求入框，进入8 个四边形框框 (见图 2)。图 1 CIE1931 色品图图 2 CIE1931 色度图中显示的8 个 CCT 四边形 白光 LED 的光色质量要提高名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 3 目前用蓝光芯片点荧光粉获得白光是二基色，即蓝光和黄绿光。缺乏红光成分，这种光色质量是不符合要求的，是损害人的眼睛的。 因此要添加红色荧光粉，实现 460nm，560nm，610nm 三基色复合形成全彩。另外也采用氮化物绿色荧光粉（ 530nm）和氮化物红色荧光粉（630nm）与 460nm 蓝光组成三基色。至于 RGB 三种芯片组合和其他新材料组合，获得白光都有高亮度的要求。随着纳米技术的进步，将来210lm/w 高发光亮度的 LED 灯的开发任务落在我们荧光粉工作者的肩上，纳米荧光粉是我们的下一个目标。 提高能效的需要半导体照明 LED 是一个系统工程，光源部分包括芯片、荧光粉、硅胶和封装、驱动电源。有IC 控制、整体灯具包含二次光学设计等。彭万华教授列出能效公式如下：电功效率灯具效率)粉激发含(封装出光效率外量子效率内量子效率=总能效效率荧光要想实现总能量达到50%，上述五项效率指标必须在0.9 以上。而目前这种总效率只有百分之十几，与要求相差甚远。 散热需要目前能效不到 20%，意味着 80%以上电功率不转换成光，仅以热形式辐射。目前大功率才350mA 电流，今后加大电流到2A 时，获得高亮度时其散热如未解决，其散热问题将非常严重。 因此封装新结构， 新材料，新工艺，要不断改进。3、国际竞争的需要2008 年 7 月科明达公司推出130lm/w 技术，已有几家公司掌握，正在产业化。 2009 年 1 月美国 Cerr 公司，5 月南韩首尔半导体都相继推出120lm/w技术和产品。 半导体照明封装材料， 荧光粉转换效率， 蓝光芯片光功率的竞争愈发白热化。年初我们在实验室已实现142lm/w，下一个目标是 160lm/w，需要更多的封装企业的通力合作。4、价格需要如果企业采用 130-160lm/w 的技术，高亮度芯片成本有所增加， 胶水和荧光粉的成本变化很小， 封装调胶采用高速搅拌机， 促进分散均匀和脱除气泡， 生产成本增加也很少，但是由于发光亮度由80lm/w 提升到 160lm/w，提升了一倍，发热量大大减小，使散热成本减低，总成本大幅度减少。二、实现高光效LED 的可行性从外延生长采取措施，大幅度提高内量子效率研究芯片的新结构，光子晶体，中间反射层等新技术，新工艺，提高芯片的外量子效率（取光效率） 。提高封装出光效率。提高荧光粉的激发效率和最佳喷涂方法，选抗劣化封装材料， 选用低热阻散热良好的低应力封装结构。2008 年 7 月我们已经实现130lm/w，2009 年 2 月已名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 4 实现 142lm/w，今年内力争实现160lm/w，然后将此技术推广普及。 提高 LED 灯具效率进行精细的二次光学设计，解决灯具的散热和眩光问题，提高灯具的光效，PN 结温度的高低，导热，散热直接影响稳定性。 提高电功效率要减少驱动模块的电器功耗，并提高抗干扰的能力和稳定性。 提高系统可靠性总之，成本问题折射技术问题， 技术水准的提高也降低生产成本。半导体照明进入通用照明，要突破技术瓶颈，实现可接受成本。不用多久，LED 将为人们提供健康、节能、环保和舒适的照明环境。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -