摘要:白光LED具有发光效率高、功耗低、寿命长、环保等很多其它传统照明光源无法比拟的优势。因此被认为是取代白炽灯跟荧光灯最具潜力的照明光源。本文根据目前半导体照明的最新研究进展,介绍了GaN基白光LED应用在室内照明领域的发展趋势,从视觉指标、光学参数、封装技术、价格等方面出发,指出了白光LED在日常照明普及过程中的一些主要问题,并对这些问题做了详细的分析与探讨。针对现有可行的解决方法,对发展前景做了进一步展望。
中国照明网技术论文·LED照明关键词:白光LED;室内照明;大功率
中国照明网技术论文·LED照明引言
中国照明网技术论文·LED照明世界各国纷纷倡导使用节能环保型光源,白炽灯由于发光效率低、耗电量大、寿命短,将逐步被淘汰。荧光灯因其具有节能、高效等优势,已成为照明界的佼佼者,在照明设计方面,业已形成了一套丰富的经验。LED的出现将给白炽灯和荧光灯带来巨大挑战,被认为是下一代高效的绿色照明光源。专业人士强调:照明市场在 2010年将成为白光 LED最具潜力的应用领域。
中国照明网技术论文·LED照明1、白光LED的产生机理
中国照明网技术论文·LED照明目前制备白光LED有三种方法:第一种方法是把红、绿、蓝(RGB)三种芯片封装在一起混合发出白光,简称MCLED(multi-chipLED);另一种方法就是通过荧光粉转换得到白光LED,称为PCLED(phosphorconvertedLED),包括蓝光LED芯片加YAG黄色荧光粉、紫外LED芯片加RGB荧光粉;此外还有MOCVA直接生长多有源区的白光技术。相比之下MCLED的综合性能好,但是绿光转换效率低、成本高;蓝光LED生成白光技术比较成熟,已经开始应用于照明行业。这种LED的发光原理就是GaN基蓝光 LED芯片发出的蓝光(λp=465nm;Wd=30nm),其中有一部分被荧光粉吸收,另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光相混合产生白光,如图1所示。
中国照明网技术论文·LED照明2、LED灯具现状及其不足
中国照明网技术论文·LED照明白光LED灯在要进入普通家庭,必须达到室内照明标准,保证正常的工作、学习和生活。现在市面上已经出现各种LED室内照明灯具,但是照明效果还不太理想,与普通照明要求还相差太远,表1是目前LED灯具与传统光源性能参数的比较:
中国照明网技术论文·LED照明从表1来看,白光LED应用于室内照明的忧势还未能充分体现,LED灯具还存在着很多方面的不足。
中国照明网技术论文·LED照明 中国照明网技术论文·LED照明2.1 显色指数、色温LED室内照明灯具与普通的LED指示灯不同,要接近自然光的效果,使被照物在光源的照射下无失真。因此,显色指数跟色温就显得尤为重要。
中国照明网技术论文·LED照明显色指数Ra是指物体在被照光源下的颜色与在日光照射下的颜色的相符程度,显色指数越低就说明物体在被照光源下失真度越高,它是衡量人眼对光源视觉质量的指标。色温是衡量光源色的指标,色温偏低表示光色偏暖(红色),偏高则表示光色偏冷(蓝色)。
中国照明网技术论文·LED照明利用PCLED中蓝光LED+YAG黄色荧光粉制成的白光LED,由于其光谱中缺失红色部分,显色性较差,难以满足低色温的照明要求,而MCLED则可以通过选择合适的波长跟强度来获得更好的显色指数,但是芯片性能的差异使得驱动电路过于复杂,图2是 NICHIA两种白光光谱的对比。
中国照明网技术论文·LED照明目前白光LED大多采用蓝光LED加荧光粉合成,其电光转换效率的改善是因为人眼对蓝绿光比对红光更为敏感;导致目前高亮度白光LED色温偏高,为了达到更好的视觉效果,要通过增加红色成分来改善,国内外很多机构已经采用不同的方法研制出能够被蓝光芯片有效激发的红色荧光粉,如何保证荧光粉发光效率更高、化学性能更稳定是目前重要的研究课题。其次,在一定的色温范围内,还要注重荧光粉的配比跟涂敷工艺,这对制造出高显色性、低色温的白光LED也是至关重要的。
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2.2 发光效率、光通量与价格我国目前白光LED灯的发光效率已经达到60~80Imlm/W,跟荧光灯水平相当,但是在价格上与之相比还有一段距离。以40W荧光灯为例,按其发光效率60lm/W来算,其光通量为2,400lm,而一支15W的LED日光灯管,要达到荧光灯的光通量标准,发光效率要在150lm/W以上,目前为止还相差甚远,况且价格高出荧光灯数十倍。显然,LED灯要替代荧光灯,光效和价格是两大瓶颈。
随着LED芯片技术的发展,外量子效率的不断提高,光效也在飞速上升。2008年7月德国欧司朗公司宣布,新研发的白光LED在350mA的电流下光效达到136lm/W,2008年10月美国科锐公司在瑞士召开的一家研讨会上宣布白光LED实验室水平达157lm/W;日本日亚早在 2006年底就生产出150lm/W的白光LED,进过多次的改良后于目前开始量产。国内也在提高光效和降低价格方面取得了突破性的进展,按1W白光LED来算,光效从2003年的30lm/W上升到2007年的70~80lm/W,价格从5~6美元下降到2~3美元,如今已经提升到80~90lm/W.实验室水平已经超过100lm/W,例如佛山国星通过改进封装工艺,研发出115lm/W的1W级大功率芯片,这标志着我国离半导体照明产业目标(如图3)之路越来越近。
中国照明网技术论文·LED照明2.3 封装技术与散热白光LED灯具内部构造通常是由LED模块和控制系统组成,目前厂家大多利用φ5高亮度白光LED直接封装在PCB板上,采用尽可能多的LED来增加光通量跟亮度。这样,LED支架与PCB板之间的热效应加剧,光衰严重,寿命上还远远达不到理论上 LED光源的几万小时,而且 LED过多导致驱动电路复杂、二次光学设计成本增加。因此,LED灯具需要采用大功率封装技术。
中国照明网技术论文·LED照明 中国照明网技术论文·LED照明 中国照明网技术论文·LED照明 中国照明网技术论文·LED照明首先是单个大功率LED芯片封装。大功率芯片在发光效率跟光通量方面都要优于小功率LED,用一个替代十几甚至几十个小功率LED;降低灯具成本,简化驱动电路,是目前值得推广的一种封装形式。大功率LED的输入功率较大,但是电光转换效率非常低,只有不到20%转换成光,产生的大部分热量如果不能及时排出,就会造成接日温度升高,影响LED寿命。因此,大功率LED必须解决散热难题。
中国照明网技术论文·LED照明到目前为止主要措施包括封装技术和封装材料的选择,采用大功率芯片倒装技术,增大接触面的表面积(加大引线支架的直径和引脚尺寸),带铝芯夹层的PCB板的选用都能够取得很好散热效果;利用低热阻、散热性能好的封装材料(如陶瓷、铜等)代替热传导性差的环氧树脂,铝、铜制散热基板以及导电型锡浆等粘贴材料的选择也是目前研究的热点。
中国照明网技术论文·LED照明其次是多芯片组合封装模组。由于以Lumileds、科锐、欧司朗及日亚公司为主的大功率 LED芯片成为目前高端市场的主流,国内技术还不成熟,相对来说小功率白光LED货源充足,价格较低。国内许多厂商开始研究多片集成技术,即利用多个小功率芯片通过不同的串并组合高密度集成在一起组成大功率LED模组,由于采用散热技术相对较好的铝基板,可以提高模组的寿命,而且芯片尺寸和封装形式可以随意选择,非常适合室内照明设计。
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中照网网友 在2021-1-11 9:45:39发表
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中照网网友 在2018-6-6 17:54:50发表
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中照网网友 在2016-12-29 17:53:27发表
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中照网网友 在2016-6-2 11:44:56发表
这个确实是事实,可是国家一边为了照顾经济发展,一边又没有投入资金对企业进行辅导,确实让企业也茫然。是无奈还是放任,这需…
中照网网友 在2016-5-19 11:36:38发表
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