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1、LED照明設計基礎一．序隨著近年來人們對環(huán)境關注度的提高，LED照明作為新一代照明受到了廣泛的關注。展會上，只要是與LED照明有關的展位都是人頭攢動，同時，LED照明也更多的出現在我們的日常生活中。一般家庭能夠消費的LED燈都是由各大照明制造商銷售的燈泡型LED燈。另外，很多公司也都陸續(xù)研發(fā)出了熒光燈型的LED燈。在這種情況下，勢必有更多的公司參與到LED照明行業(yè)中。LED燈與白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源有著不同的特性。僅僅依靠LED封裝并不能制作出良好的照明燈具。為了設計出更好的LED照明燈具，必須對LED進行區(qū)別于傳統(tǒng)光源的正確
2、的光學設計。本文圍繞LED照明燈具的設計進行介紹。具體來說主要是從電子電路、熱分析、光學方面進行說明。首先是LED照明概要及其與迄今為止的光源的區(qū)別。1.1LED照明?用于照明的LED大多是白色。LED照明很大程度上依賴藍光LED芯片的發(fā)明和發(fā)光效率的提高。實現白光LED主要有兩種方式。一種是使用LED芯片和熒光粉，另外一種是使用RGB3色LED芯片。目前主要是采取第一種方式。使用熒光粉一般都是在藍色LED芯片上涂覆黃色熒光粉。從LED芯片中發(fā)出的藍色光遇到熒光粉時，部分光轉換為黃色光。這部分轉換的黃色光和藍色光參雜在一起，就變
3、成了白色光。通過調整熒光粉的量可以控制白光LED的色溫，因此發(fā)光顏色在制作時就已經決定，后期不能調整。同時，混合藍色光和黃色光的話，由于紅色和綠色的成分不足，造成顯色性不佳。這樣，可以通過在藍色LED芯片中參雜紅色和綠色熒光粉或者是在紫外LED芯片中參雜RGB熒光粉，來提高其顯色性。使用RGB3色LED芯片的優(yōu)勢在于RGB可以調整各種色度，所以不僅能夠產生白光，還能產生其他各種顏色的光。但是，LED芯片使用量增大，成本也就會上升。1.2LED照明的優(yōu)勢及其與迄今為止的其他光源的區(qū)別?接下來就LED照明與白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源的
4、區(qū)別，從熱、電、光的特性方面進行分析。-熱的特性?雖然LED發(fā)熱很少，但是由于LED照明中，需要使用多顆數瓦級的LED，所以就會產生很高的熱量。雖然LED效率比較高，但是高效率僅支持在微小電流中的運行。大電流、高溫狀態(tài)下，效率較低。另外，熒光粉型的LED，在轉換波長的時候會損失能量，從而產生熱量。持續(xù)高溫就會導致LED芯片、熒光粉、封裝樹脂壽命降低。因此，為了使LED的“高效率”、“長壽命”的優(yōu)勢保持下去，就必須控制LED的結溫。-電的特性?LED電源與白熾燈、熒光燈有很大的區(qū)別。白熾燈可以直接連接到220V的交流電上。熒光燈雖
5、然有鎮(zhèn)流器和轉換開關，但也使用220V的交流電。而LED的電源則需要直流的恒定電流，所以需要將220V的交流轉換為直流。電源的效率不高將直接影響到整個照明燈具的效率，因此提高電源效率對于提高LED照明效率來說顯得尤為重要。調節(jié)LED光的方法主要有兩種。一種是改變恒定電流，一種是改變脈沖調制。LED是電子與空穴再結合時發(fā)光，光束依賴于電流。電流小的情況下，光束和電流基本是成正比的，但當LED電流增大，熱量隨之增大，導致發(fā)光效率變低，光束和電流就不成正比了。在改變脈沖占空比的方法中，由于Talbot-Plateau效應（反復接受瞬間
6、閃光后，人眼會感受到反復時間內的平均亮度），可以根據脈沖占空比改變亮度。-光特性?與白熾燈和熒光燈相比，1顆LED發(fā)出的光比較少，所以需要使用多顆LED。同時，由于LED的發(fā)光面積小，亮度高，人眼直視的話很容易眩暈。為了降低亮度，需要使用擴散板。但是，使用擴散板的話，光向各個方向發(fā)散，降低了光的效率。LED、白熾燈、熒光燈的配光分布各不相同。所謂配光分布是指光源的方向以及各方向的發(fā)光強度。即使是相同光束的光源，如果配光分布不同，照度分布也會不同。有時也會出現本來想要照射的地方照度減小，其余部分反而照度增加的情況。要減少光的浪費，
7、控制配光分布，需要使用透鏡和反光鏡。LED本身就具有發(fā)光面積小、光的放射范圍在半球內、配光分布旋轉對稱等優(yōu)點，再加上透鏡和反光鏡，就能構成一個好的光源。其他在光源屬性中，還有光譜。LED的發(fā)光光譜集中在特定波長的一個很窄的范圍，不放射紅外線。因此，在不想使照射物變熱的時候，使用LED較好。但是，LED自身會發(fā)熱，所以需要注意防止其導熱。另外還需要注意，熒光粉類型的LED，溫度變化，色溫也會隨之變化。1.1總結：LED照明設計?LED照明燈具備受期待的原因就是節(jié)能、使用壽命長。確實，與白熾燈相比，目前的球泡型LED燈效率更高。但是
8、熒光燈與LED照明燈具相比，還是熒光燈較高。這是因為，雖然單獨的LED芯片比熒光燈效率高，但是由于發(fā)熱降低了發(fā)光效率，交流電轉換成直流電時，電源效率變低以及由于配光分布變換和使用擴散板導致光效降低，進而造成整個LED照明燈具的效率下降。因此，為了實現LED的節(jié)能
