2022年LED灯技术发展现状及问题分析.docx

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1、精品学习资源LED灯技术进出现状及问题分析日 期： 2021-12-18点击次数： 614当今 LED 灯特点:大功率 LED 灯与常规高压钠灯不同的是 ,大功率 LED 路灯的光源接受低压直流供电、由 GaN 基功率型蓝光 LED 与黄色荧光粉合成的高效白光二极管 ,发光二极管 LightEmittingDiode, 简写为 LED 是基于半导体 PN 结形成的用脆弱的电能就能发光的高效固态光源 ,在确定的正向偏置电压和注入电流下 ,注入 P 区的空穴和注入 N 区的电子在扩散至有源区后经辐射复合而发出光子 ,将电能直接转化为光能；LED 作为灯的光源 ,它和传统路灯光源比较有许多优点；1、

2、LED 的光源效率目前已达 100lm/W,而且仍有很大的进展空间 , 理论值能达到 250lm/W ；而高压钠灯的发光效率是随功率增加才有所增加,因此,总体光效 LED 路灯比高压钠灯强；2、LED 灯有特殊的二次光学设计 ,将 LED 灯的光照射到所需照明的区域 ,即路面,进一步提高了光照效率 ,达到节能目的；3、LED 灯本身具有光的指向性 ,没有光的漫射 ,保证光效；4、LED 灯的光显色性比高压钠灯高 ,高压钠灯显色指数只有23 左右,而 LED 路灯显色指数可达到 75 以上,从视觉心理角度考虑 ,达到同等亮度 ,LED 路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低20%以上参照英国道路照明

3、标准 ；而且 ,在中间视觉水平下 ,人眼在高色温环境里比低色温环境更简洁辨别事物 ,防止了某些危险状态的发生；欢迎下载精品学习资源使用照度要求 ,因此,LED 路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低；6、LED 灯可以自动调光 ,能实现在中意不同时段照明要求 ,最大可能的降低功率 ,节省电能；7、每个单元 LED 芯片只有很小体积 ,所以可以制备成各种形状的器件,并且适合于易变、易震的环境；8、LED 可以进行频繁的开关而不用担忧其损坏；9、安装简便：直接将 LED 灯灯头安装于灯杆替换原有的钠灯灯头；10、寿命长：理论寿命能使用 5 万小时以上；11、LED 是低压直流器件 ,驱动单颗 LE

4、D 的电压为安全电压 ,所以它是一个比使用高压电源更安全的电源,特殊适用于公共场所；直流的特点使 LED 特殊适合与太阳能、风电进行结合；12、散热把握杰出：能将 LED 结点温度降到 70 C 以下,随着技术的进展 ,结点温度仍在进一步下降 ,结点温度越低 ,理论上 LED 芯片寿命就越长；13、质量牢靠：电路电源全部接受高质量元器件 ,每颗 LED 都有单独过流爱惜及串并联爱惜 ,就算一颗损坏 ,也不会导致其他 LED 芯片失效；14、LED 光源不含有害金属汞 ,不像高压钠灯或金属卤化物灯在报废时对环境造成危害；欢迎下载精品学习资源在技术上仍不成熟；主要的理由有以下几点：1. LED 的

5、发光效率无法和高压钠灯相比2. LED 的照射过于集中 ,其照射的均匀度差3. LED 灯的光衰严肃 ,寿命不长4. LED 灯本身自重过重 ,不利于安装 ,防风5. LED 灯造价过高 ,无法普及我们依据以上的观点逐一进行分析：1. 发光效率问题目前来说 ,LED 的发光效率从数字上来看的确不如高压钠灯；LED 现在的光效一般在 6575lm/w,而且随着技术的进展 ,LED 的光效每年都在提高 ,而高压钠灯可以达到 125lm/w；但是 ,高压钠灯的光谱比较集中于黄色 ,它的色温比较低 ,只有 20002500K,而 LED 的色温较高,可以达到 35004500K 以上；另外高压钠灯的光

6、线是向四处发射的,有很大一部分光无法到达路面；仍有,高压钠灯的显色指数差 ,只有 23 左右,感觉昏暗；而 LED 的显色指数高 ,可以达到 7580；路面光明,感觉舒适；所以从实际的发光成效来看 ,LED 反而可以比高压钠灯高出许多； 135W 的 LED 可以取代 250W 的高压钠灯 ,或 300W 的水银灯； 135W 的 LED, 其输出光通量大约只有 7020 流明经过二次光学设计 ,会有所缺失 ,到达路面时的流明数仍为 6500 流明,而路面的平均照度可以达到 16Lux12m 高杆；250W 高压钠灯的输出光通量为 20,000 流明；但到达路面的流明数就只有7000 流明；路

7、面的照度欢迎下载精品学习资源倍,高压钠灯的修正系数为 0.94 倍；所以 135W 的 LED 经过修正以后地面的照度为 37.6Lux,而高压钠灯的修正后的照度为 28.237.6；二者相当；所以 ,135W 的 LED 可以取代 250W 的高压钠灯 ,LED 可以节能 1.85 倍,节能效率约为 50%；2. LED 的光衰问题现在有的商家 ,为了降低成本 ,就接受几百只 5 的小功率 LED ；然而这种小功率的 LED 的光衰是特殊严肃的 ,其光衰至 80%的寿命只有 1000 小时；所以 ,作为需要长期使用的路灯是确定不能答应接受这种小功率 LED 的；作为大功率 LED, 其光衰就

8、要好许多；3. 照射均匀度问题的确,假如不进行二次光学设计 ,LED 的照射是比较集中 ,所以确定要进行二次光学设计 ,使其光强分布图呈蝙蝠形；4. LED 灯造价过高 ,无法普及LED 灯是由许多部分组成的 ,而其中发光最有效的元件是芯片 ,价格最贵的部分也在芯片；现在的芯片的光效在6575lm/w,但是各大芯片厂商都在研制更大光效的芯片；试想一下,随着科技的进步 ,光效一旦进展到很高的水平 ,那么使用芯片的数量会比现在的少 ,而且芯片的价格也会同时下降；到那时 ,LED 路灯整体价格也会下降；5. LED 灯的自重问题LED 灯,在和高压钠灯的替换过程中 ,为了防止 LED 灯灯头过重 ,

9、一些 LED 灯厂家尽可能的在削减 LED 灯头的自重；从原先的单个欢迎下载精品学习资源步下降的趋势；将来 LED 灯特点:个人认为 ,LED 灯替换高压钠灯 ,是今后节能减排的一个趋势；LED 灯要进展 ,我认为在以下几个方面需要留意：1. 提高光通2. 弄好二次光学3. 解决散热4. 模块化A.LED 照明器具进行优化设计 ,提高 LED 的使用质量；因此争论大功率 LED 光源二次光学配光设计 ,中意大面积投光和泛光照明配光需求尤为迫切；通过二次光学设计技术,设计外加的反射杯与多重光学透镜及非球面出光表面 ,可以提高器件的取光效率；传统光源照射方向为 360,灯具依靠反射器将大部分光线反

10、射到特定方位,只有40%左右的光是直接透过玻璃罩到达路面的,其他的光是通过灯具反射器再投射出灯具的 ,灯具的反射器的效率一般仅为50%60%,所以有 60%左右的光输出在灯具内 ,是在缺失了30%40%后再投射到路面上的；光源光输出的很大一部分被限制在灯具内部发热消耗掉； LED 灯的绝大部分光线都是前射光,可以实现 95%的光效,这是 LED 区分于其他光源的重要特性之一 ,假如不能将这一特性很好利用,会使LED 的优势大打折扣；大多数大功率LED 灯由于是多个 LED 芯片拼装,要将这么多光源照到不同方向 ,我们充分发挥芯片整体封装的特欢迎下载精品学习资源线,依靠透镜来将光线支配到不同方向

11、,保证出光角度大的可以达到120 160 ,小的可以将光线集合在30以内 ,透镜一旦定型 ,在生产工艺保证的前提下 ,同种灯具的配光特性也就达到了一样；完全可以通过经过多次试制 ,不断地总结体会 ,能够使 LED 路灯达到道路照明标准要求的蝙蝠翼光型；目前隧道灯、路灯和一般照明灯已达到各自应用场所的照明要求；B.光通的提高仍需要从大功率的LED 的外延技术、芯片工艺等基础层次进一步提升；目前 ,国内外制作白光 LED 的方法是先将LED 芯片放置在封装的基片上, 用金丝进行键合 , 然后在芯片四周涂敷YAG 荧光粉,再用环氧树脂包封；树脂既起爱惜芯片的作用又起到聚光镜的作用；从 LED 芯片发

12、射出的蓝色光射到四周的荧光粉层内经多次散乱的反射、吸取 ,最终向外部发出； LED 蓝的光谱线的峰值在 465nm 处,半值宽为 30nm；LED 发出的部分蓝色光激发黄色的YAG 荧光粉层 ,使其发出黄色光 峰值为 555nm,一部分蓝色光直接或反射后向外发出 ,最终达到外部的光为蓝黄二色光 ,即白光；芯片倒装技术 FlipChip 可以得到比传统的LED 芯片封装技术更多的有效出光；但是假如不在芯片的发光层的电极下方增加反射层来反射出浪费的光能 ,就会造成约 8%的光缺失；所以底板材料上必需增加反射层；芯片侧面的光也必需利用热沉的镜面加以反射,增加器件的出光率；而且在倒装芯片的蓝宝石衬底S

13、apphire与环氧树脂导光结合面间应加上一层硅胶材料以改善芯片出光的折射率；经过光学封装技欢迎下载精品学习资源C.散热是 LED 路灯需要重点解决的问题；众所周知,LED 是个光电器件,其工作过程中只有 15% 25%的电能转换成光能 ,其余的电能几乎都转换成热能 ,使 LED 的温度上升；在大功率 LED 中,散热是个大问题；例如 ,1 个 10W 白光 LED 如其光电转换效率为20%,就有8W 的电能转换成热能 ,如不加散热措施 ,就大功率 LED 的器芯温度会急速上升 ,当其结温 TJ上升超过最大答应温度时一般是 150,大功率 LED 会因过热而损坏；因此在大功率LED 灯具设计中

14、 ,最主要的设计工作就是散热设计；由于LED 路亮度要求高 ,使用环境比较苛刻,假如散热解决不好 ,会快速导致 LED 老化,稳固性降低；一盏接受250W 高压钠灯的路灯 ,由于技术成熟 ,散热把握的很好 ,即使工作 5000 小时,光衰仍然很小；以目前的技术,相同条件下的大功率 LED 路灯, 假如散热解决不好 ,光衰会很大；目前 LED 路灯的散热方式主要有： 自然对流散热、加装风扇强制散热、热管、回路热管散热和均温板散热等；加装风扇强制散热方式系统复杂、牢靠性低,热管和均温板散热方式成本较高；D.LED 灯,最终会选择模块化安装及修理；现在路面用的最多的高压钠灯 ,内部的镇流器等部件不简洁损坏 ,大部分不亮的缘由是光源损坏,修理的方式只要更换光源即可；一个娴熟的操作工人,完全可以个人进行高台操作；但是 ,LED 路灯,内部的部件许多 ,除了光源 芯片,其他各个部分损坏都会导致芯片不亮；所以,在现场 ,无法立刻确定LED 灯损坏的缘由；假如 LED 灯不亮,需要把 LED 路灯摘下运回工欢迎下载精品学习资源的进展最终版本 ,就是进展成为模块化；光源、电气等之间全部是依据插接进行更换 ,这样,一个娴熟的工人 ,也完全能独立进行判定损坏的缘由并进行现场修理；欢迎下载