led照明熱設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　LED照明熱設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘 要：隨著LED制造工藝的進(jìn)步，新材料的開發(fā)，各種顏色的超高亮度LED取得了突破發(fā)展，LED成為第四代光源指日可待。目前由于其光電轉(zhuǎn)化率較低，大部分電能實(shí)際轉(zhuǎn)化成了熱量，所以如何提高其散熱能力是LED 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化急需解決的關(guān)鍵技術(shù)。本文通過對(duì)LED結(jié)構(gòu)、發(fā)光原理及特性、熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論、散熱方式等一系列的方面進(jìn)行分

2、析，對(duì)LED的設(shè)計(jì)進(jìn)行一系列的優(yōu)化，使LED在生產(chǎn)以及應(yīng)用的過程中能夠更具有方向性和實(shí)用性。</p><p>　　[關(guān)鍵字] LED；熱量；熱設(shè)計(jì)；散熱 </p><p><b>　　前言</b></p><p>　　自從愛迪生發(fā)明了燈泡之后，人類就進(jìn)入了用電進(jìn)行照明的時(shí)代。而在白熾燈發(fā)明近100年后，人類又迎來(lái)了照明史上的又一次革命，而引領(lǐng)

3、這次革命的正是LED的發(fā)明。LED具有高效低耗、綠色環(huán)保、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其對(duì)照明產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的沖擊勝過當(dāng)年白熾燈的發(fā)明。</p><p>　　LED被稱作“第四代光源”?！暗谝淮庠础笔求艋?，不僅用于照明，還可以用于做飯、制作陶瓷、殺菌、科學(xué)分析等方面；同樣“第二代光源”的白熾燈，以及“第三代光源”的熒光燈等光源的許多功能與用途也早已被充分利用。因此，作為“第四代光源”之一的LED，其用途可以說是無(wú)限的。&l

4、t;/p><p>　　LED照明技術(shù)的發(fā)展引起了國(guó)內(nèi)外光源界的普遍關(guān)注，現(xiàn)已成為具有較大發(fā)展前景和影響力的一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品。近年來(lái)隨著城市建設(shè)和電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，人們對(duì)光源的需求與日俱增，LED產(chǎn)品的開發(fā)研制生產(chǎn)已成為發(fā)展前景十分誘人的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。目前，隨著我國(guó)綠色照明工程的組織實(shí)施，促進(jìn)了LED照明技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，使得LED在照明領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，LED潛在的市場(chǎng)使其顯示出了強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿Α?lt;/p>

5、;<p>　　本文通過對(duì)LED結(jié)構(gòu)、發(fā)光原理及特性、熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論、熱學(xué)指標(biāo)、散熱方式、封裝等一系列的方面進(jìn)行分析，以便讀者能更深入的了解半導(dǎo)體LED在應(yīng)用和設(shè)計(jì)中的一些知識(shí)。</p><p>　　由于時(shí)間倉(cāng)促及筆者水平有限，文中存在漏洞與不妥之處在所難免，敬請(qǐng)讀者提出批評(píng)和指正。</p><p><b>　　目錄</b></p><

6、;p><b>　　前言II</b></p><p><b>　　第一章 概述1</b></p><p>　　1.1 LED的發(fā)展史1</p><p>　　1.2 LED國(guó)內(nèi)技術(shù)進(jìn)展和市場(chǎng)前景分析1</p><p>　　第二章 LED的基礎(chǔ)知識(shí)3</p><p&g

7、t;　　2.1 LED的結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2.2 LED的光源基本特征3</p><p>　　2.2.1 發(fā)光效率高3</p><p>　　2.2.2 耗電量少4</p><p>　　2.2.3 使用壽命長(zhǎng)4</p><p>　　2.2.4 安全與環(huán)保4</p><p>

8、;　　2.3 LED光源的特點(diǎn)4</p><p>　　2.4 常見LED的分類5</p><p>　　2.4.1 按發(fā)光管發(fā)光顏色分類5</p><p>　　2.4.2 按發(fā)光管出光面特征分類5</p><p>　　2.4.3 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分類5</p><p>　　2.4.4按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分

9、類5</p><p>　　2.4.5按功率分類6</p><p>　　2.4.5按封裝形式分類6</p><p>　　2.5 大功率LED封裝結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.6 常見照明燈具與LED的各性能對(duì)比6</p><p>　　第三章 熱設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)9</p><p>

10、　　3.1 LED照明熱的產(chǎn)生9</p><p>　　3.2 散熱的基礎(chǔ)理論9</p><p>　　3.2.1 熱傳導(dǎo)9</p><p>　　3.2.2 熱對(duì)流10</p><p>　　3.2.3 熱輻射11</p><p>　　第四章 LED的指標(biāo)12</p><p>　　4

11、.1 LED的主要性能指標(biāo)12</p><p>　　4.1.1 LED的顏色12</p><p>　　4.1.2 LED的電流12</p><p>　　4.1.3 LED的電壓12</p><p>　　4.1.4 LED的反向電壓VRm12</p><p>　　4.1.5 LED的色溫12<

12、;/p><p>　　4.1.6 LED發(fā)光強(qiáng)度12</p><p>　　4.1.7 LED光通量13</p><p>　　4.1.8 LED的使用壽命13</p><p>　　4.2 LED的熱學(xué)指標(biāo)13</p><p>　　4.2.1 熱阻Rth13</p><p>　　4.2

13、.2 LED的結(jié)溫14</p><p>　　4.3 LED正常工作條件或狀態(tài)15</p><p>　　第五章 大功率LED散熱分析16</p><p>　　5.1 大功率LED照明熱設(shè)計(jì)流程16</p><p>　　5.2 大功率LED照明熱設(shè)計(jì)方案16</p><p>　　5.2.1 結(jié)溫的評(píng)

14、估17</p><p>　　5.2.2 熱阻的評(píng)估計(jì)算17</p><p>　　5.2.3 LED燈具對(duì)流熱傳遞計(jì)算17</p><p>　　5.2.4 LED燈具導(dǎo)熱傳遞計(jì)算17</p><p>　　5.2.5LED燈具輻射熱傳遞計(jì)算18</p><p>　　5.3 計(jì)算分析LED實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論

15、18</p><p>　　第六章 LED照明燈具的應(yīng)用及對(duì)未來(lái)的展望19</p><p>　　6.1 道路交通領(lǐng)域19</p><p>　　6.2 交通工具領(lǐng)域19</p><p><b>　　6.3顯示屏19</b></p><p><b>　　6.4 農(nóng)業(yè)19</b&

16、gt;</p><p><b>　　6.5 漁業(yè)19</b></p><p><b>　　6.6 醫(yī)療20</b></p><p><b>　　6.7 通信20</b></p><p><b>　　結(jié) 束 語(yǔ)21</b></p>&l

17、t;p><b>　　致 謝22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　1.1 LED的發(fā)展史</p><p>　　1907年Henry Joseph Round第一次在一塊碳化

18、硅里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象。1936年，George Destiau發(fā)表了一個(gè)關(guān)于硫化鋅粉末發(fā)射光的報(bào)告。隨著電流的應(yīng)用和被廣泛的認(rèn)識(shí)，最終出現(xiàn)了“電致發(fā)光”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。20世紀(jì)50年代，英國(guó)科學(xué)家在電致發(fā)光的實(shí)驗(yàn)中使用半導(dǎo)體砷化鎵發(fā)明了第一個(gè)具有現(xiàn)代意義的LED，并于60年代面世。20世紀(jì)60年代末，在砷化鎵基礎(chǔ)上使用磷化物發(fā)明了第一個(gè)可見的紅光LED。磷化鎵的改變使得LED更高效、發(fā)出的紅光更亮，甚至產(chǎn)生出橙色的光。70年代中期，磷化鎵被

19、用作發(fā)光光源，隨后就發(fā)出灰白綠光。80年代早期到中期對(duì)砷化鎵、磷化鋁的使用使得第一代高亮度的LED誕生，先是紅色，接著就是黃色，最后為綠色。90年代中期，出現(xiàn)了超高亮度的氮化鎵LED。</p><p>　　LED從最初的約0.05lm/W的光效，經(jīng)歷了0.1lm/W時(shí)代，幾流明/瓦時(shí)代，數(shù)十流明/瓦時(shí)代，到現(xiàn)在的約120lm/W以上的發(fā)光效率，然而，LED的發(fā)展不單純是它的顏色和亮度，而是像計(jì)算機(jī)一樣，遵循摩爾定

20、律的發(fā)展。每隔18個(gè)月，它的亮度就會(huì)增加一倍。早期的LED只能應(yīng)用于指示燈，而現(xiàn)在開始出現(xiàn)在超亮度的照明和顯示領(lǐng)域。</p><p>　　1.2 LED國(guó)內(nèi)技術(shù)進(jìn)展和市場(chǎng)前景分析</p><p>　　近幾年，由于LED的光譜全部集中于可見光頻率，效率可以達(dá)到50%以上。而光效差不多的白熾燈可見光效率僅為10%-20%，而成本也下降了90%，這些優(yōu)勢(shì)無(wú)疑把LED推向了照明市場(chǎng)的巔峰。目前LE

21、D已廣泛應(yīng)用在大面積圖文全彩顯示、狀態(tài)指示、標(biāo)志照明、信號(hào)顯示、液晶顯示器的背光、汽車組合尾燈及車內(nèi)照明等方面。根據(jù)固體發(fā)光物理學(xué)原理，LED的發(fā)光效率能接近100%，因此，LED被譽(yù)為21世紀(jì)新光源，有望成為繼白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈之后的第四代光源。LED應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸壯大：</p><p>　　1、LED顯示屏的應(yīng)用市場(chǎng)。我國(guó)LED顯示屏市場(chǎng)起步較早，出現(xiàn)了一批具有很強(qiáng)實(shí)力的LED顯示屏生產(chǎn)廠商。憑

22、借著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，LED全彩顯示屏廣泛應(yīng)用在銀行、證券交易所、醫(yī)院、體育場(chǎng)館、市政廣場(chǎng)、車站、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所。在LED需求量上，LED顯示屏僅次于LED指示燈名列第二。</p><p>　　2、背光源市場(chǎng)。LED早已應(yīng)用在以手機(jī)為主的小尺寸液晶面板背光源中，手機(jī)產(chǎn)量的持續(xù)增長(zhǎng)帶動(dòng)了背光源市場(chǎng)的快速發(fā)展，特別是彩屏手機(jī)的出現(xiàn)更是推動(dòng)了白光LED市場(chǎng)的快速發(fā)展。</p><p>　　3、車燈市場(chǎng)。從整

23、個(gè)LED應(yīng)用市場(chǎng)看，汽車應(yīng)用市場(chǎng)還處于未發(fā)展階段，市場(chǎng)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。LED作為車燈主要得益于低功耗、長(zhǎng)壽命和響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。憑借著汽車產(chǎn)業(yè)的巨大產(chǎn)能，LED車燈市場(chǎng)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?lt;/p><p>　　4、室內(nèi)裝飾燈市場(chǎng)。室內(nèi)裝飾燈市場(chǎng)是LED的另一新興市場(chǎng)。</p><p>　　5、景觀照明市場(chǎng)。目前LED已越來(lái)越多的應(yīng)用到景觀照明市場(chǎng)中，北京、上海等地已建成一批LED景觀照明

24、工程，這些工程在裝飾街道的同時(shí)還將起到示范作用，將會(huì)使LED景觀照明從一級(jí)城市快速向二級(jí)、三級(jí)城市擴(kuò)展。</p><p>　　6、通用照明市場(chǎng)。對(duì)于LED進(jìn)入通用照明市場(chǎng)，功率型的白光LED除面臨著發(fā)展效益低、散熱不好、成本過高等問題外，還面臨光學(xué)、結(jié)構(gòu)與電控等技術(shù)的整合以及LED照明產(chǎn)品通用標(biāo)準(zhǔn)的制定問題，解決這些問題還需要一定的時(shí)間。</p><p>　　第二章 LED的基礎(chǔ)知識(shí)&l

25、t;/p><p>　　2.1 LED的結(jié)構(gòu)</p><p>　　LED的結(jié)構(gòu)主要由PN結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)組成。LED核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為p-n結(jié)。當(dāng)在電極上加上正向偏壓之后，電子和空穴分別注入P區(qū)和N區(qū)，當(dāng)非平衡少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)，就會(huì)以輻射光電子的形式將多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光

26、能。</p><p>　　LED的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，它被置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用。如圖1-1所示。LED的兩根引線中較長(zhǎng)的一根為正極，應(yīng)接電源正極。有的LED的兩根引線一樣長(zhǎng)，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。與白熾燈和氖燈相比，當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從 LED 陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同

27、顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。</p><p>　　2-1 發(fā)光二極管的構(gòu)造圖</p><p>　　2.2 LED的光源基本特征</p><p>　　2.2.1 發(fā)光效率高</p><p>　　LED經(jīng)過幾十年的技術(shù)改良，其發(fā)光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵鎢燈光效為12-24流明/瓦，熒光燈50-70流明/瓦，鈉燈90-140流明/瓦

28、，大部分的耗電變成熱量損耗。而LED光效經(jīng)改良后將達(dá)到50-200流明/瓦，而其光的單色性好、光譜窄，無(wú)需過濾可直接發(fā)出有色可見光。目前，世界各國(guó)均加緊提高LED光效方面的研究，在不遠(yuǎn)的將來(lái)其發(fā)光效率將有更大的提高。</p><p>　　2-2 市面上的LED燈具圖</p><p>　　2.2.2 耗電量少</p><p>　　LED單管功率0.03-0.06瓦，

29、采用直流驅(qū)動(dòng)，單管驅(qū)動(dòng)電壓1.5-3.5伏，電流15-18毫安，反應(yīng)速度快，可在高頻操作。同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈的萬(wàn)分之一，熒光燈管的二分之一、日本估計(jì)，如果采用光效比熒光燈還要高兩倍的LED代替日本一半的白熾燈和熒光燈。每年可節(jié)約相當(dāng)于60億升原油。就橋梁護(hù)欄燈例，同樣效果的一支日光燈40多瓦，而采用LED每支的功率只有8瓦，而且可以七彩變化。</p><p>　　2.2.3 使用壽命長(zhǎng)</

30、p><p>　　LED燈體積小、重量輕，環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動(dòng)，不易破碎。平均壽命達(dá)10萬(wàn)小時(shí)。LED燈具使用壽命可達(dá)5-10年，可以大大降低燈具的維護(hù)費(fèi)用，避免經(jīng)常換燈之苦。</p><p>　　2.2.4 安全與環(huán)保</p><p>　　LED安全可靠性強(qiáng)發(fā)熱量低，無(wú)熱輻射性，冷光源，可以安全抵摸：能精確控制光型及發(fā)光角度，光色柔和，無(wú)眩光；不含汞

31、、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)。內(nèi)置微處理系統(tǒng)可以控制發(fā)光強(qiáng)度，調(diào)整發(fā)光方式，實(shí)現(xiàn)光與藝術(shù)結(jié)合。</p><p>　　有利于環(huán)保LED為全固體發(fā)光體，耐震、耐沖擊，不易破碎，廢棄物可回收，沒有污染。光源體積小，可以隨意組合，易開發(fā)成輕便薄短小型照明產(chǎn)品，也便于安裝和維護(hù)。</p><p>　　2.3 LED光源的特點(diǎn)</p><p>　　電壓：LED使用低壓電源，供

32、電電壓在6V-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場(chǎng)所。</p><p>　　效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80%。</p><p>　　適用性：很小，每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境。</p><p>　　穩(wěn)定性：10萬(wàn)小時(shí)，光衰為初始的50%。</

33、p><p>　　響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)。</p><p>　　對(duì)環(huán)境污染：無(wú)有害金屬汞。</p><p>　　顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時(shí)為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色。</p><p

34、>　　價(jià)格：LED的價(jià)格比較昂貴，較之于白熾燈，幾只LED的價(jià)格就可以與一只白熾燈的價(jià)格相當(dāng)，而通常每組信號(hào)燈需由上300-500只二極管構(gòu)成。</p><p>　　2.4 常見LED的分類</p><p>　　2.4.1 按發(fā)光管發(fā)光顏色分類</p><p>　　根據(jù)發(fā)光管顏色的不同，可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍(lán)光等。另外，有的發(fā)

35、光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無(wú)色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無(wú)色透明、有色散射和無(wú)色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管不適合做指示燈用。 </p><p>　　2.4.2 按發(fā)光管出光面特征分類</p><p>　　根據(jù)發(fā)光管出光面特征的不同，可分為圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ2m

36、m、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。由半值角大小可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況。</p><p>　　從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來(lái)分有三類： </p><p>　　1)高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。 </p&

37、gt;<p>　　2)標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為20°～45°。 </p><p>　　3)散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為45°～90°或更大，散射劑的量較大。 </p><p>　　2.4.3 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分類</p><p>　　根據(jù)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，可分為全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、

38、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　2.4.4按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分類</p><p>　　有普通亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度小于10mcd<毫坎德拉>）；超高亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度大于100mcd<毫坎德拉>）；把發(fā)光強(qiáng)度在10～100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般LED的工作電流在十幾mA至幾十mA，而低電流LED的工作電流在2mA以下（亮度

39、與普通發(fā)光管相同）。</p><p>　　2.4.5按功率分類</p><p>　　有小功率LED（0.04-0.08W），中功率LED（0.1-0.5W），大功率LED（1-500W），隨著技術(shù)的發(fā)展，LED的功率越做越大。</p><p>　　2.4.5按封裝形式分類</p><p>　　一種是SMD（貼片）和DIP（直插）兩種</

40、p><p>　　2.5 大功率LED封裝結(jié)構(gòu)</p><p>　　隨著半導(dǎo)體材料和封裝工藝的提高,LED的光通量和出光效率逐漸提高, 從而使固體光源成為可能, 已廣泛應(yīng)用于交通燈、汽車照明、廣告牌等特殊照明領(lǐng)域, 并且逐漸向普通照明領(lǐng)域過渡, 被公認(rèn)為有望取代白熾燈、熒光燈的第四代光源。 </p><p>　　不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ED光源提出更高要求, 除了對(duì)LED出光效

41、率、光色有不同的要求, 而且對(duì)出光角度、光強(qiáng)分布有不同的要求。這不但需要上游芯片廠開發(fā)新半導(dǎo)體材料, 提高芯片制作工藝, 設(shè)計(jì)出滿足要求的芯片, 而且對(duì)下游封裝廠提出更高要求, 設(shè)計(jì)出滿足一定光強(qiáng)分布的封裝結(jié)構(gòu), 提高LED外部的光利用率。 </p><p>　　目前封裝多種多樣，封裝將隨著今后的發(fā)展，不斷改進(jìn)和迎合實(shí)際需要，為L(zhǎng)ED今后在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。</p><p>　　2-3

42、 大功率LED封裝結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.6 常見照明燈具與LED的各性能對(duì)比</p><p>　　光通量，由于人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的電磁波具有不同的靈敏度，我們不能直接用光源的輻射功率或輻射通量來(lái)衡量光能量，必須采用以人眼對(duì)光的感覺量為基準(zhǔn)的單位----光通量來(lái)衡量。光通量用符號(hào)Φ表示，單位為流（lm）。</p><p>　　目前白熾燈、鹵鎢燈的光通量為12

43、-24流明/瓦、熒光燈50-70流明/瓦鈉燈90-140流明/瓦，目前LED的光通量可達(dá)到到50-200流明/瓦。對(duì)于現(xiàn)階段常見的白光LED的光通量，0.06W為3-5 lm，0.2W為13-15 lm，1W為60-80 lm。</p><p>　　下表列出LED分別在1W、3W、5W、7W、9W、12W的光通量分別對(duì)照鹵素?zé)?、白熾燈、?jié)能燈在相同光通量下的功率比較。</p><p>　　

44、表2-1 光通量應(yīng)用效率比較</p><p>　　LED亮度，一般用發(fā)光強(qiáng)度表示,單位是坎德拉cd；1000ucd（微坎德拉）=1 mcd（毫坎德 拉）, 1000mcd=1 cd。室內(nèi)用單只LED的光強(qiáng)一般為500ucd-50 mcd，而戶外用單只LED的光強(qiáng)一般應(yīng)為100 mcd-1000 mcd，甚至1000 mcd以上。</p><p>　　在相同亮度為800ucd下進(jìn)行節(jié)能比較，

45、結(jié)果如下表所示：</p><p>　　表2-2 節(jié)能比較（按每天8小時(shí)，一年時(shí)間的用電量）</p><p>　　表2-3 使用壽命的比較</p><p>　　表2-4 一顆壽命（50000小時(shí)）的成本合計(jì)與鹵素?zé)?、白熾燈、?jié)能燈對(duì)比</p><p>　　第三章 熱設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)</p><p>　　3.1 LE

46、D照明熱的產(chǎn)生</p><p>　　與傳統(tǒng)光源一樣，LED在工作期間也會(huì)產(chǎn)生熱量，其多少取決于整體的發(fā)光效率。在外加電能量作用下，電子和空穴的輻射復(fù)合發(fā)生電致發(fā)光，在PN結(jié)附近輻射出來(lái)的光需經(jīng)過芯片本身的半導(dǎo)體介質(zhì)和封裝介質(zhì)才能抵達(dá)外界（空氣）。綜合電流注入效率、輻射發(fā)光量子效率、芯片外部取出效率等，最終大概有50%-60%輸入電能轉(zhuǎn)化為光能，其余40%-50%的能量主要以非輻射復(fù)合發(fā)生的點(diǎn)陣振動(dòng)的形式轉(zhuǎn)化熱能。

47、</p><p>　　3.2 散熱的基礎(chǔ)理論</p><p>　　凡是有溫差的地方就有熱量的傳遞。熱量傳遞的兩個(gè)基本規(guī)律是：熱量從高溫區(qū)流向低溫區(qū)；高溫區(qū)發(fā)出的熱量必定等于低溫區(qū)吸收的熱量——達(dá)到一種熱平衡狀態(tài)。</p><p><b>　　3.2.1 熱傳導(dǎo)</b></p><p>　　氣體導(dǎo)熱是由氣體分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)

48、時(shí)相互碰撞的結(jié)果。金屬導(dǎo)體主要靠自由電子的運(yùn)動(dòng)來(lái)完成。非導(dǎo)電固體中的導(dǎo)熱通過晶體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。液體中的導(dǎo)熱機(jī)理主要靠彈性波的作用。</p><p>　　熱傳導(dǎo)基本定理是傅里葉定理：在純導(dǎo)熱中，單位時(shí)間內(nèi)通過給定面積的熱流量，正比于該地垂直于導(dǎo)熱方向的截面積及其溫度變化率。</p><p><b>　　熱傳導(dǎo)的計(jì)算公式：</b></p><p&g

49、t;　　Φc=-λA(ɑt/ɑx)</p><p>　　式中：Φc——熱流量，W；λ——導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2 oC)；A——導(dǎo)熱方向上的截面面積，m2；ɑt/ɑx——X方向的溫度變化率，oC/m；負(fù)號(hào)表示熱量傳遞的方向與溫度梯度的方向相反。</p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù)是表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力的物理量。對(duì)于不同的物質(zhì)，其導(dǎo)熱系數(shù)各不相同，影響其數(shù)值大小的主要因素是物質(zhì)的種類和溫度等。一些常用材料

50、的導(dǎo)熱系數(shù)如表下表所示：</p><p><b>　　表2-5</b></p><p><b>　　熱傳導(dǎo)的改善：</b></p><p><b>　　減小熱傳路徑長(zhǎng)度；</b></p><p>　　芯片封裝外殼在保證電機(jī)性能前提下盡量薄；</p><p&g

51、t;　　導(dǎo)熱膏或者導(dǎo)熱墊盡量??；</p><p>　　散熱片的導(dǎo)熱底盡量??；</p><p>　　選用導(dǎo)熱系數(shù)高的材料；</p><p><b>　　增加導(dǎo)熱面積</b></p><p>　　散熱片吸收底面積增加，芯片有效散熱面積增大，縱向熱阻減小；</p><p>　　散熱底板厚度增加，芯片有效

52、散熱面積增大，橫向熱阻減小。 </p><p><b>　　3.2.2 熱對(duì)流</b></p><p>　　對(duì)流是指流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)所引起的熱量傳遞過程。對(duì)流僅發(fā)生在流體中，且必然伴隨著有導(dǎo)熱現(xiàn)象。流體通過某物體表面時(shí)所發(fā)生的熱交換過程，稱為對(duì)流換熱。若流體運(yùn)動(dòng)是借由溫度差所造成的密度變化，產(chǎn)生浮力帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)，此種熱傳送為自然對(duì)流；若是借由外在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)流體運(yùn)

53、動(dòng)將熱帶走，則稱為強(qiáng)制對(duì)流，如風(fēng)機(jī)等引起的。對(duì)流換熱的計(jì)算公式為：</p><p>　　ΦD=hcA(tw-ts)</p><p>　　式中：hc——對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·oC)；A——對(duì)流換熱面積，m2； </p><p>　　tw——熱表面溫度，oC；ts——冷卻流體溫度，oC。</p><p>　　表2-6給出了幾種最常見

54、的對(duì)流換熱方式的換熱系數(shù)的大致范圍。</p><p>　　表2-6 對(duì)流換熱系數(shù)大致范圍</p><p><b>　　熱對(duì)流改善:</b></p><p>　　增加流體換熱系數(shù)（單位：W/m2.oC）；</p><p><b>　　2、增加換熱面積。</b></p><p>

55、;<b>　　3.2.3 熱輻射</b></p><p>　　物體以電磁波方式傳遞能量的過程稱為熱輻射。輻射能在真空中傳遞能量，且有能量方式的轉(zhuǎn)換，即熱能轉(zhuǎn)換為輻射能及從輻射能轉(zhuǎn)換成熱能。任意物體的熱輻射能力表示為：</p><p>　　ΦF=εAσo(TW4-TS4)</p><p>　　式中：ε—物體的黑度；σo—斯蒂芬.波爾茲常數(shù)（5.6

56、7×10-8/m?k4）;A—輻射表面積，m2;T—物體表面的熱力學(xué)溫度，K。</p><p>　　第四章 LED的指標(biāo)</p><p>　　4.1 LED的主要性能指標(biāo)</p><p>　　4.1.1 LED的顏色</p><p>　　LED的顏色是一個(gè)重要的指標(biāo)，是每一個(gè)LED相關(guān)燈具產(chǎn)品必須標(biāo)明，目前LED的顏色主要有紅

57、色、綠色、藍(lán)色、青色、黃色、白色、暖白、琥珀色等其他的顏色，而顏色的不同也會(huì)引起相關(guān)參數(shù)有很大的變化。</p><p>　　4.1.2 LED的電流</p><p>　　LED的正向極限電流（IF）多在20MA，而且LED的光衰電流不能大于IF/3，大約15MA和18MA。LED的發(fā)光強(qiáng)度僅在一定范圍內(nèi)與IF成正比，當(dāng)IF>20MA時(shí)，亮度增強(qiáng)已經(jīng)無(wú)法用內(nèi)眼分出來(lái)。因此LED的工作

58、電流一般選在17-19MA左右比較合理，這些都是針對(duì)普通小功率LED而言。而大功率LED一般，0.5WLED(IF=150MA),1WLED(IF=350MA),3WLED(IF=750MA)等等。</p><p>　　4.1.3 LED的電壓</p><p>　　我們通常所說的是LED正向電壓，就是說LED的正極接電源正極，負(fù)極接電源負(fù)極。電壓與顏色有關(guān)系，紅、黃、黃綠的電壓是1.8-

59、2.4V之間。白、藍(lán)、翠綠的電壓是3.0-3.6V之間，可能同樣一批LED的電壓略微會(huì)有一些差異。</p><p>　　4.1.4 LED的反向電壓VRm</p><p>　　所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。</p><p>　　4.1.5 LED的色溫</p><p>　　以絕對(duì)溫度K來(lái)表示，即將一標(biāo)準(zhǔn)黑體加

60、熱，溫度升高到一定程度時(shí)顏色開始由深紅-淺紅-橙黃-白-藍(lán)，逐漸改變，某光源與黑體的顏色相同時(shí)，我們將黑體當(dāng)時(shí)的絕對(duì)溫度稱為該光源之色溫。</p><p>　　4.1.6 LED發(fā)光強(qiáng)度</p><p>　　單位坎德拉，即cd。光源在給定方向的單位立體角中發(fā)射的光通量定義為光源在該方向的發(fā)光強(qiáng)度。它即是描述了光源到底有多亮，發(fā)光強(qiáng)度越大，光源越亮.一般LED用單位是mcd。1000ucd

61、（微坎德拉）=1 mcd（毫坎德 拉）, 1000mcd=1 cd。室內(nèi)用單只LED的光強(qiáng)一般為500ucd-50 mcd，而戶外用單只LED的光強(qiáng)一般應(yīng)為100 mcd-1000 mcd，甚至1000 mcd以上。</p><p>　　4.1.7 LED光通量</p><p>　　單位流明，即lm。光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的光量稱為光源的發(fā)光通量。光源的光通量越大，則發(fā)出的光線越多?，F(xiàn)在

62、對(duì)常用白光LED流明例舉出來(lái)如下：0.06W，3-5lm；0.2W，13-15lm；1W，60-80lm。</p><p>　　4.1.8 LED的使用壽命</p><p>　　LED一般都是可以使用50,000小時(shí)以上，LED之所以持久，是因?yàn)樗粫?huì)產(chǎn)生燈絲熔斷問題。有預(yù)測(cè)表明，高質(zhì)量LED在經(jīng)過50,000小時(shí)的持續(xù)運(yùn)作后，還能維持初始燈光亮度的60%以上。</p>&

63、lt;p>　　4.2 LED的熱學(xué)指標(biāo)</p><p>　　4.2.1 熱阻Rth</p><p>　　在LED點(diǎn)亮后達(dá)到熱量傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)時(shí)，芯片表面每耗散1W的功率，芯片pn結(jié)點(diǎn)的溫度與連接的支架或鋁基板的溫度之間的溫差就稱為熱阻Rth，單位為℃/W。數(shù)值越低，表示芯片中的熱量傳導(dǎo)到支架或鋁基板上就越快。這有利于降低芯片中的pn結(jié)的溫度，從而延長(zhǎng)LED的壽命。</p>

64、<p>　　熱阻是沿?zé)崃魍ǖ郎系臏囟炔钆c通道上耗散的功率之比，對(duì)于LED來(lái)說，熱阻一般是指從LED芯片pn結(jié)到翅片上的熱阻。</p><p>　　對(duì)于單個(gè)LED，設(shè)定PN結(jié)點(diǎn)生成的熱沿著：結(jié)點(diǎn)—翅片—鋁基散熱電路板—空氣，這個(gè)熱路徑傳導(dǎo)。采用等效電路的熱阻計(jì)算，PN結(jié)點(diǎn)到環(huán)境的總熱阻:</p><p>　　Rja=Rjs+Rsb+Rba</p><p>

65、　　其中，Rjs，Rsb，Rba分別是從結(jié)點(diǎn)到翅片，翅片到散熱電路板，散熱電路板到空氣的熱阻。</p><p>　　影響熱阻的大小與以下因素有關(guān)：</p><p>　?。?）與LED芯片本身的結(jié)構(gòu)與材料有關(guān)。</p><p>　?。?）與LED芯片粘結(jié)所用的材料的導(dǎo)熱性能及粘結(jié)時(shí)的質(zhì)量有關(guān)，是用導(dǎo)熱性能很好的膠，還是用絕緣導(dǎo)熱的膠，還是用金屬直接連接。</p&

66、gt;<p>　?。?）翅片是用導(dǎo)熱很好的銅，或者鋁，而且與銅、鋁的散熱面積大小也有直接的關(guān)系。</p><p>　　總之選用一定的材料與控制相關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)，就可以降低LED的熱阻，從而提高LED的壽命與工作效能。</p><p>　　4.2.2 LED的結(jié)溫</p><p>　　LED的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)半導(dǎo)體的P—N結(jié)。實(shí)驗(yàn)指出，當(dāng)電流流過LED元件

67、時(shí)，P—N結(jié)的溫度將上升，嚴(yán)格意義上說，就把P—N結(jié)區(qū)的溫度定義為L(zhǎng)ED的結(jié)溫。通常由于元件芯片均具有很小的尺寸，因此我們也可把LED芯片的溫度視之為結(jié)溫。</p><p>　　結(jié)溫Tj是衡量LED封裝散熱性能的一個(gè)重要指標(biāo)。結(jié)溫的表達(dá)式為:</p><p>　　Tj=Rja×Pd+Ta</p><p>　　其中，Pd為耗散的功率，Rja為L(zhǎng)ED器件PN結(jié)

68、與環(huán)境溫度的總熱阻，Tj，Ta分別為L(zhǎng)ED器件PN結(jié)的結(jié)點(diǎn)溫度和器件周圍的環(huán)境溫度。式中表明，同樣大小的功率下，芯片結(jié)溫升溫越小，LED器件的性能越好。</p><p>　　在LED工作時(shí)，可存在以下情況促使結(jié)溫不同程度的上升：</p><p>　　A、元件不良的電極結(jié)構(gòu)，視窗層襯底或結(jié)區(qū)的材料以及導(dǎo)電銀膠等均存在一定的電阻值，這些電阻相互壘加，構(gòu)成LED元件的串聯(lián)電阻。當(dāng)電流流過P—N結(jié)

69、時(shí)，同時(shí)也會(huì)流過這些電阻，從而產(chǎn)生焦耳熱，引致芯片溫度或結(jié)溫的升高。</p><p>　　B、由于P—N結(jié)不可能極端完美，元件的注入效率不會(huì)達(dá)到100％，也即是說，在LED工作時(shí)除P區(qū)向N區(qū)注入電荷(空穴)外，N區(qū)也會(huì)向P區(qū)注人電荷(電子)，一般情況下，后一類的電荷注人不會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，而以發(fā)熱的形式消耗掉了。即使有用的那部分注入電荷，也不會(huì)全部變成光，有一部分與結(jié)區(qū)的雜質(zhì)或缺陷相結(jié)合，最終也會(huì)變成熱。</

70、p><p>　　C、實(shí)踐證明，出光效率的限制是導(dǎo)致LED結(jié)溫升高的主要原因。目前，先進(jìn)的材料生長(zhǎng)與元件制造工藝已能使LED極大多數(shù)輸入電能轉(zhuǎn)換成光輻射能，然而由于LED芯片材料與周圍介質(zhì)相比，具有大得多的折射系數(shù)，致使芯片內(nèi)部產(chǎn)生的極大部分光子(>90％)無(wú)法順利地溢出介面，而在芯片與介質(zhì)介面產(chǎn)生全反射，返回芯片內(nèi)部并通過多次內(nèi)部反射最終被芯片材料或襯底吸收，并以晶格振動(dòng)的形式變成熱，促使結(jié)溫升高。</p

71、><p>　　D、LED元件的熱散失能力是決定結(jié)溫高低的又一個(gè)關(guān)鍵條件。散熱能力強(qiáng)時(shí)，結(jié)溫下降，反之，散熱能力差時(shí)結(jié)溫將上升。由于環(huán)氧膠是低熱導(dǎo)材料，因此P—N結(jié)處產(chǎn)生的熱量很難通過透明環(huán)氧向上散發(fā)到環(huán)境中去，大部分熱量通過襯底、銀漿、管殼、環(huán)氧粘接層，PCB與熱沉向下發(fā)散。相關(guān)材料的導(dǎo)熱能力將直接影響元件的熱散失效率。一個(gè)普通型的LED，從P—N結(jié)區(qū)到環(huán)境溫度的總熱阻在300到600℃／W之間，對(duì)于一個(gè)具有良好結(jié)構(gòu)

72、的功率型LED元件，其總熱阻約為15到30℃ ／W。巨大的熱阻差異表明普通型LED元件只能在很小的輸入功率條件下，才能正常地工作，而功率型元件的耗散功率可大到瓦級(jí)甚至更高。</p><p>　　降低LED結(jié)溫的途徑：</p><p>　　A、減少LED本身的熱阻；</p><p>　　B、良好的二次散熱機(jī)構(gòu)；</p><p>　　C、減少LE

73、D與二次散熱機(jī)構(gòu)安裝介面之間的熱阻；</p><p>　　D、控制額定輸入功率；</p><p><b>　　E、降低環(huán)境溫度。</b></p><p>　　4.3 LED正常工作條件或狀態(tài)</p><p>　　LED是一種電流驅(qū)動(dòng)的低電壓?jiǎn)蜗驅(qū)щ娖骷?，為保證LED正常工作，必須滿足以下幾個(gè)方面的基本要求。</p

74、><p>　　（1）輸入直流電壓必須不低于LED的正向電壓降，否則，LED不會(huì)導(dǎo)通而發(fā)光。LED的正向電壓降與光色有關(guān)，一般紅光、綠光、黃光的正向電壓降通常為4-2.6V，白光LED的正向電壓降通常為3-4.2V</p><p>　?。?）采用直流電流或單向脈沖電流驅(qū)動(dòng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的LED或LED串時(shí)，要求恒流而不是恒壓供電。</p><p>　　（3）為防止LED損壞

75、，應(yīng)對(duì)流過LED 的電流加以限制。目前實(shí)現(xiàn)LED電流限制的方法主要有3種，分別為電阻器、有源線性控制、開關(guān)穩(wěn)壓器控制，每種方法都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。</p><p>　　（4）由于LED電流與其光能量之間的非線性關(guān)系，LED應(yīng)在光效比較高的電流值下工作。</p><p>　?。?）大功率LED最好加設(shè)散熱器，以防止器件過熱而損壞。</p><p>　?。?）LED的電流不

76、能超過LED的IF電流，過流的工作會(huì)使LED壽命很快下降，如果超出了就會(huì)把LED燒壞。</p><p>　?。?）環(huán)境溫度-20℃~+40℃(要求燈具的散熱設(shè)計(jì)做得比較好，LED燈引腳的溫度不能超過60度)；</p><p>　　通常情況下，LED的儲(chǔ)存環(huán)境溫度應(yīng)在-40℃到+100℃。LED的工作溫度是-30℃到+80℃，但工作溫度與熱阻有關(guān)系?？偠灾?，LED在工作時(shí)，最好將它的pn結(jié)

77、溫度保持在100℃以下。</p><p>　　第五章 大功率LED散熱分析</p><p>　　5.1 大功率LED照明熱設(shè)計(jì)流程</p><p>　　表5-1 大功率LED照明設(shè)計(jì)流程</p><p>　　5.2 大功率LED照明熱設(shè)計(jì)方案 </p><p>　　LED 是綠色光源，沒有熱輻射，所以，散熱

78、方式主要是傳導(dǎo)和對(duì)流和輻射。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的是由50個(gè)LED組成的大功率LED照明器，總功率為50W的LED燈具的散熱設(shè)計(jì)，設(shè)環(huán)境溫度為30℃。根據(jù)3.1所述的理論，LED最終大概有50%-60%輸入電能轉(zhuǎn)化為光能，其余40%-50%的能量主要以非輻射復(fù)合發(fā)生的點(diǎn)陣振動(dòng)的形式轉(zhuǎn)化熱能。</p><p>　　所以，50W的大功率，轉(zhuǎn)化為光能為50W×60%=30W，

79、LED真正轉(zhuǎn)化為熱量為50×40%=20W，從而要散出的熱量為20W。</p><p>　　5.2.1 結(jié)溫的評(píng)估</p><p>　　按照目前發(fā)光管管芯的耐溫水平，通常結(jié)溫不能大于125℃。結(jié)溫Tj是衡量LED封裝散熱性能的一個(gè)重要指標(biāo)。根據(jù)4.4結(jié)溫的表達(dá)式為：</p><p>　　Tj=Rja×Pd+Ta（1）</p><

80、;p>　　其中，Pd為耗散的功率，Rja為L(zhǎng)ED器件PN結(jié)與環(huán)境溫度的總熱阻，Tj，Ta分別為L(zhǎng)ED器件PN結(jié)的結(jié)點(diǎn)溫度和器件周圍的環(huán)境溫度。式中表明，同樣大小的功率下，芯片結(jié)溫升溫越小，LED器件的性能越好。</p><p>　　由上述（1）式可得Rja=(Tj-Ta)/Pd=(80-30)/20=2.5 oC/W。</p><p>　　5.2.2 熱阻的評(píng)估計(jì)算</p>

81、;<p>　　根據(jù)4.2對(duì)熱阻的描述，對(duì)于單個(gè)LED，設(shè)定PN結(jié)點(diǎn)生成的熱沿著：結(jié)點(diǎn)—熱沉—鋁基散熱電路板—空氣，這個(gè)熱路徑傳導(dǎo)。采用等效電路的熱阻計(jì)算，PN結(jié)點(diǎn)到環(huán)境的總熱阻:</p><p>　　Rja=Rjs+Rsb+Rba（2）</p><p>　　其中，Rjs，Rsb，Rba分別是從結(jié)點(diǎn)到翅片，翅片到散熱電路板，散熱電路板到空氣的熱阻。</p><

82、;p>　　設(shè)LED熱阻為8oC/W，根據(jù)式（2）可知，Rba=Rja-Rjb/n=2.5-8/50=2.34oC/W。</p><p>　　當(dāng)設(shè)置好了散熱通道后，就考慮散熱器方面，對(duì)鋁散熱器面積的估算，LED的熱傳遞分別從對(duì)流和導(dǎo)熱兩方面進(jìn)行討論，對(duì)散熱器散熱性能的要求是相對(duì)于環(huán)境溫度30 oC時(shí)散熱器溫度為70 oC</p><p>　　5.2.3 LED燈具對(duì)流熱傳遞計(jì)算<

83、;/p><p>　　在鋁散熱器與空氣對(duì)流時(shí)，散熱器的形狀和位置不同，散熱效果不同。使流體沿著肋片的表面流過，此時(shí)的散熱效果最好。此時(shí)熱傳遞系數(shù)hc為：</p><p><b>　　由熱對(duì)流計(jì)算公式：</b></p><p>　　ΦD=hcA(tw-ts)=5.23×0.01×（70-30）=2.09W</p>&l

84、t;p>　　式中：ΦD——對(duì)流換熱的熱流量，W；hc——對(duì)流換熱系數(shù)，W/ oC ·m2；設(shè)hc=5.23W/ oC ·m2；A——對(duì)流換熱面積，（設(shè)備熱傳導(dǎo)截面積：0.1m×0.1m=0.01m2）；tw——熱表面溫度，oC；ts——冷卻流體溫度，oC。</p><p>　　5.2.4 LED燈具導(dǎo)熱傳遞計(jì)算</p><p>　　由熱傳導(dǎo)的計(jì)算公式：

85、</p><p>　　Φc=-λA(ɑt/ɑx)=51×0.01×90=45.9W</p><p>　　式中：Φc——熱流量，W；λ是鋁的熱導(dǎo)率，查表得為216W/ oC ·m2——導(dǎo)熱系數(shù)；A——導(dǎo)熱方向上的截面面積（設(shè)備熱傳導(dǎo)截面積：0.1m×0.1m=0.01m2）；ɑt/ɑx——X方向的溫度變化率，oC/m（設(shè)溫度變化為10 oC，厚度是0.

86、11m）；負(fù)號(hào)表示熱量傳遞的方向與溫度梯度的方向相反，則溫度變化率為90。</p><p>　　LED燈具輻射熱傳遞計(jì)算</p><p><b>　　由熱輻射計(jì)算公式：</b></p><p>　　ΦF=εAσo(TW4-TS4)= 0.9×0.01×5.67×10-8×[（273+70）4－（273+3

87、0）4]=1.13W</p><p>　　ε—物體的黑度（黑化鋁ε=0.9）；σo—斯蒂芬.波爾茲常熟（5.67×10-8/m?k4）;A—輻射表面積，(A=0.01m2)。</p><p>　　5.3 計(jì)算分析LED實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論</p><p>　　由以上分析和計(jì)算發(fā)現(xiàn)通過截面積為0.01m2散熱器傳導(dǎo)出的熱量為Φ：</p><

88、p>　　Φ=Φc+ΦD+ΦF =45.9+2.09+1.13=49.12W</p><p>　　要滿足傳導(dǎo)出20W的熱量需散熱器具有表面積為：</p><p>　　A=20/49.12=0.40m2</p><p>　　散熱器要將該LED燈具所產(chǎn)生的熱傳遞出去，散熱器的表面積應(yīng)該大于0.40m2。即選用表面積大于0.40m2的鋁型材散熱器作為該LED照明燈具的

89、散熱裝置。</p><p>　　第六章 LED照明燈具的應(yīng)用及對(duì)未來(lái)的展望</p><p>　　目前，作為“第四代光源”的LED憑借它高光效率、高光線質(zhì)量、小能耗、長(zhǎng)壽命、安全、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注，已成為照明市場(chǎng)上的寵兒。現(xiàn)今的LED已充分應(yīng)用于停車場(chǎng)、商場(chǎng)、學(xué)校、醫(yī)院、博物館、酒店、隧道、地鐵、廣場(chǎng)、公園、住宅等各種領(lǐng)域。</p><p>　　6.1 道路交通

90、領(lǐng)域</p><p>　　該領(lǐng)域的應(yīng)用主要是LED交通信號(hào)燈。與以前的白熾燈相比，LED燈的能效提高：車輛用信號(hào)燈功率由75W降至15W，節(jié)能約80%；行人用信號(hào)燈由60W降至15W以下，節(jié)能75%以上。</p><p>　　6.2 交通工具領(lǐng)域</p><p>　　伴隨高亮度紅色LED的研制成功，LED應(yīng)用于汽車剎車燈，其優(yōu)點(diǎn)為響應(yīng)時(shí)間短、識(shí)別性強(qiáng)、能耗低、壽命長(zhǎng)

91、。LED剎車燈的響應(yīng)時(shí)間約比白熾燈短0.2s，其對(duì)安全方面貢獻(xiàn)是顯而易見的。</p><p>　　LED小巧輕薄的特點(diǎn)，也正適合輕軌車廂內(nèi)的照明要求。</p><p><b>　　6.3顯示屏</b></p><p>　　室內(nèi)外大型顯示屏和招牌是LED的重要應(yīng)用領(lǐng)域。因使用高亮度LED,即使在白天也能顯示飽和色圖像，而LED的高響應(yīng)速度也使其在

92、該領(lǐng)域表現(xiàn)出色。</p><p>　　LED其他領(lǐng)域應(yīng)用對(duì)未來(lái)的展望</p><p><b>　　6.4 農(nóng)業(yè)</b></p><p>　　太陽(yáng)光中有紫外到紅外對(duì)種波長(zhǎng)的光輻射，植物不需要所有波長(zhǎng)的光能量。用LED產(chǎn)生利于植物生長(zhǎng)發(fā)育的特定波長(zhǎng)的光并在恰當(dāng)時(shí)間照射植物，可提高植物培育效率，并且LED與白熾燈不同，沒有熱輻射，不會(huì)灼傷嫩葉，LED

93、在植物工廠中的應(yīng)用正在逐漸擴(kuò)大。</p><p><b>　　6.5 漁業(yè)</b></p><p>　　目前捕魚業(yè)領(lǐng)域正在開發(fā)LED誘魚燈，由于LED光源特點(diǎn)，在海中的光衰減很小，同時(shí)也和魚類的視覺靈敏波長(zhǎng)范圍相接近，這種LED很適合用作省電、高效的誘魚燈光源。</p><p><b>　　6.6 醫(yī)療</b></p

94、><p>　　最近出現(xiàn)了一種使用LED的膠囊狀醫(yī)療檢查設(shè)備。該“膠囊探測(cè)器”內(nèi)裝有白光LED和攝像器件。當(dāng)病人將此“膠囊”吞下后，會(huì)自動(dòng)在人體內(nèi)對(duì)消化器官拍照，并將圖像以電信號(hào)的形式傳至體外。此外，不久前還開發(fā)了一種可戴在醫(yī)生頭上的像風(fēng)鏡似的LED燈具，這大大提高了醫(yī)生手術(shù)時(shí)需要的亮度，并且頭部也不會(huì)有光線遮擋，這些技術(shù)估計(jì)不久就可以普遍應(yīng)用于醫(yī)學(xué)界。</p><p><b>　　6

95、.7 通信</b></p><p>　　LED在光通信領(lǐng)域的發(fā)展也倍受關(guān)注，若配以恰當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路，LED能夠用于100Mb/s的高速數(shù)字通信，可組建家庭信息網(wǎng)絡(luò)等。另外，關(guān)于基于LED的可為手機(jī)、汽車導(dǎo)航儀等，提供信息的可見光無(wú)線通信技術(shù)的技術(shù)的基礎(chǔ)性研究也在積極進(jìn)行中。</p><p>　　總之，到目前為止，對(duì)LED的技術(shù)開發(fā)是以普通照明用途為最終目標(biāo)的，而且從當(dāng)今的發(fā)展速度

96、看，其成為新一代普通照明光源已成定勢(shì)。于此同時(shí)，LED在照明以外的用途也開始受到關(guān)注。</p><p>　　LED的優(yōu)勢(shì)不僅是在照明領(lǐng)域，其在諸多領(lǐng)域中亦潛力巨大，期待今后進(jìn)一步的開發(fā)。</p><p><b>　　結(jié) 束 語(yǔ)</b></p><p>　　經(jīng)過了一個(gè)多月的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，我終于完成了LED照明熱設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)。從開始接到論文題目到畢業(yè)論

97、文的完成，每走一步對(duì)我來(lái)說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)，也遇到過諸多問題。一開始對(duì)設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)并不是很了解，后期，我作了很多的準(zhǔn)備，我開始查閱的大量的資料，從圖書館到網(wǎng)絡(luò)，還去參加了成都關(guān)于LED照明會(huì)展，在會(huì)展中心，我學(xué)到了很多的東西，并對(duì)LED照明燈具有了更深入的了解，并切身感受到了LED燈具給照明行業(yè)帶來(lái)的巨大貢獻(xiàn)，由此對(duì)我的設(shè)計(jì)題目我也有了更深入的理解，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，每一點(diǎn)積累都是我學(xué)習(xí)

98、的收獲，從中我了解了許多從未見過的概念和設(shè)計(jì)的理念。</p><p>　　雖然我的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但我可以驕傲的說，在本次設(shè)計(jì)中，里面的每一點(diǎn)論述，都是經(jīng)過我充分準(zhǔn)備和認(rèn)真學(xué)習(xí)所得，我是花了不少的心思的。學(xué)習(xí)就是一個(gè)不斷積累的過程。通過這個(gè)過程，我認(rèn)識(shí)到完事沒有捷徑，就像堆積木，只有腳踏實(shí)地的一個(gè)一個(gè)放好，最終才不完全崩潰。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是

99、我在校以來(lái)獨(dú)立完成的一次設(shè)計(jì)，這個(gè)過程中，我對(duì)LED的概念從一顆小小的發(fā)光二極管燈改變到了對(duì)這種新光源的深入的了解。而且隨著社會(huì)的發(fā)展，人類的任何先進(jìn)的技術(shù)都要考慮到能耗的問題，在這方面LED有著絕對(duì)的優(yōu)越條件。在隨著我國(guó)的發(fā)展，從2008年的奧運(yùn)會(huì)到2010年的世博會(huì)，為了給全世界人民以視覺上的最美享受，LED在其中起到很大的作用。隨著LED應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，LED的能耗問題更成了人們關(guān)注研究的焦點(diǎn)，這也是最初讓我去選擇研究這個(gè)題目的因

100、素。</p><p>　　我相信通過我的這次設(shè)計(jì)，無(wú)論是在以后的學(xué)習(xí)和工作過程中都將是我一生的財(cái)富。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本次論文設(shè)計(jì)過程中，帶我畢業(yè)設(shè)計(jì)的老師對(duì)該論文從選題、構(gòu)思到最后定稿的各個(gè)環(huán)節(jié)給予細(xì)心指引與教導(dǎo)，使得我最終完成完成畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)。在此我表示衷心感謝。同時(shí)，我還有感謝這三年中

101、眾多老師對(duì)我的關(guān)心、支持與幫助，由衷的感謝我的老師們，你們辛苦了。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】 李農(nóng)，楊燕。LED照明設(shè)計(jì)與應(yīng)用，科學(xué)出版社，2008</p><p>　　【2】 周志敏，紀(jì)愛華。LED照明與工程設(shè)計(jì)，人民郵電出版社，2010</p><p>　　【3】 周志