畢業(yè)設(shè)計---led照明的應(yīng)用研究

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書</p><p>　　系 部： 電氣工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) </p><p>　　題 目： LED照明的應(yīng)用研究 </p><p>　　LED又稱發(fā)光二極

2、管，它們利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合，放出過剩的能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見光。 </p><p>　　發(fā)光二極管主要由PN結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)組成。其發(fā)光過程包括三部分：正向偏壓下的載流子注入、復(fù)合輻射和光能傳輸。微小的半導(dǎo)體晶片被封裝在潔凈的環(huán)氧樹脂物中，當(dāng)電子經(jīng)過該晶片時，帶負(fù)電的電子移動到帶正電的空穴區(qū)域并與之復(fù)合，電子和空穴消失的同時產(chǎn)生光子。電子和空穴之

3、間的能量（帶隙）越大，產(chǎn)生的光子的能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色對應(yīng)，可見光的頻譜范圍內(nèi)，藍(lán)色光、紫色光攜帶的能量最多，桔色光、紅色光攜帶的能量最少。由于不同的材料具有不同的帶隙，從而能夠發(fā)出不同顏色的光。</p><p>　　二十一世紀(jì)將進(jìn)入以LED為代表的新型照明光源時代，被稱為第四代新光。LED在未來10年將成為最被看好的市場以及最大的市場，也將是取代白熾燈、鎢絲燈和熒光燈的最大潛力商。關(guān)鍵詞：

4、LED 發(fā)光二極管 新型照明光源 半導(dǎo)體照明技術(shù)</p><p><b>　　第一章 概述4</b></p><p>　　1.1 關(guān)于照明4</p><p>　　1.2 LED照明技術(shù)5</p><p>　　第二章 LED的基礎(chǔ)7</p><p><b>　　2.1發(fā)光

5、機(jī)理7</b></p><p>　　2.2 LED的光學(xué)特性9</p><p>　　2.3 LED的優(yōu)點10</p><p>　　2.3.1 功能性10</p><p>　　2.3.2 藝術(shù)性11</p><p>　　2.3.3 綠色環(huán)保11</p><p>　　2.3

6、.4 經(jīng)濟(jì)性11</p><p>　　2.4 LED電氣特性12</p><p>　　2.5 白色 LED 及其照明系統(tǒng)14</p><p>　　第三章 LED的驅(qū)動電路設(shè)計17</p><p>　　3.1 直流轉(zhuǎn)換為直流驅(qū)動17</p><p>　　3.2 交流轉(zhuǎn)換為直流驅(qū)動20</p>&

7、lt;p>　　3.3 LED 驅(qū)動電源設(shè)計要點21</p><p>　　第四章 LED的應(yīng)用23</p><p>　　4．1 LED 燈與建筑的“一體化”23</p><p>　　4．1．1大面積顯示屏23</p><p>　　4.1.2 LED與建筑構(gòu)件的結(jié)合25</p><p>　　4.2

8、LED照明技術(shù)在燈光環(huán)境中的應(yīng)用26</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望27</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>

9、<b>　　1.1 關(guān)于照明</b></p><p>　　照明技術(shù)的發(fā)展與人類文明的進(jìn)步息息相關(guān)。</p><p>　　人類從原始的薪火延續(xù)到燈光照明的現(xiàn)代文明時經(jīng)歷了漫長的歲月，在建筑室內(nèi)外光環(huán)境的創(chuàng)造中，出現(xiàn)了光環(huán)境與主體間的諸多變異。</p><p>　　當(dāng)人類高高舉起第一根火把時，就開始了照明領(lǐng)域的第一次革命。人類從此有了自己能夠控制的

10、光源。</p><p>　　1879 年，愛迪生發(fā)明了第一只白熾燈(碳絲白熾燈)，在開始第二次照明領(lǐng)域革命的同時，也拉開了人類現(xiàn)代文明的帷幕。然而那時的人工照明雖為人們帶來光明，卻無法達(dá)到足夠的照度，更不用說創(chuàng)造宜人的光環(huán)境。</p><p>　　現(xiàn)代設(shè)計把照明視為創(chuàng)造光環(huán)境，是一種環(huán)境意識和技術(shù)上的進(jìn)步。因為光環(huán)境是包括照（燈光）、建筑、相關(guān)環(huán)境因素和人在內(nèi)的綜合環(huán)境系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的主體

11、則是人。從環(huán)境科學(xué)的定義，大凡所謂環(huán)境，在人類生活的空間里，離開了人這個主體，研究環(huán)境沒有任何意義，因此“環(huán)境”是絕對不存在的，光環(huán)境亦如此。這是因為“我們由光而生育，通過光線我們感到季節(jié)的變化，只是由于光的指引我們得以了解這個世界，由此可以得出：物質(zhì)是耗費了的光”，美國建筑師路易·康如此告誡。</p><p>　　照度是衡量照明水平的一項基本指標(biāo)，縱觀二十年來各國制定的照明標(biāo)準(zhǔn)，都體現(xiàn)了照度水平的提高

12、，并且普遍把照度計算擺在照明工程里的重要位置。這反映了人們對照明數(shù)量上的追求，同時是在技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)之上，增強(qiáng)了對照明科學(xué)性的重視。</p><p>　　隨著現(xiàn)代物質(zhì)文化生活的不斷發(fā)展，人們不再滿足于物理與生理的要求，開始對精神生活提出了新要求。光環(huán)境作用于人的心理影響逐漸引起廣泛的關(guān)注。人們注重美，講究環(huán)境效果，追求生活空間的裝飾創(chuàng)意，要求將人們的心理需求，體現(xiàn)在照明設(shè)計中，將照明質(zhì)量提升到一個新高度。勒

13、83;柯布西耶指出，“建筑是對陽光下各種體量精確、正確、卓越的處理”。所謂精確、正確、卓越，即是指科學(xué)合理的用光，處理則是指科學(xué)的規(guī)劃與設(shè)計。</p><p>　　上世紀(jì)50年代開始有建筑化照明的報導(dǎo)，建筑化照明是國外興起的現(xiàn)代裝飾照明方式，具有有效消除眩光、美化環(huán)境等優(yōu)點，大大提高了環(huán)境的照明質(zhì)量，提升了生活品味，因此深受人們的喜愛。在室內(nèi)裝飾照明中，尤其是賓館、酒店以及娛樂場所中被廣泛應(yīng)用。目前在國內(nèi)，建筑化

14、照明也得到較快發(fā)展。</p><p>　　建筑化照明基于人類的現(xiàn)代生活方式，創(chuàng)造出裝飾照明的新理念和新模式，注重空間的裝飾創(chuàng)意，關(guān)注人們的心理需求，通過科學(xué)技術(shù)和照明設(shè)計的完美結(jié)合，實現(xiàn)了照明質(zhì)量與空間藝術(shù)的統(tǒng)一。這種先進(jìn)的照明方式符合照明發(fā)展潮流。</p><p>　　1.2 LED照明技術(shù)</p><p>　　半導(dǎo)體發(fā)光二極管是常用電子元件二極管中的一種類型。發(fā)

15、光二極管又叫光發(fā)射二極管，英文為Light Emitting Diode，簡稱為 LED，是一種可將電能變?yōu)楣饽艿囊环N半導(dǎo)體器件，屬于固態(tài)光源[2]。</p><p>　　LED是繼1950年代硅(Si)半導(dǎo)體技術(shù)后，由三五族(III-V族)化合物半導(dǎo)體發(fā)展的半導(dǎo)體器件。LED的發(fā)光原理是利用半導(dǎo)體中的電子和空穴結(jié)合而發(fā)出光子，不同于燈泡需要在3000度以上的高溫下操作，也不必像日光燈需使用高電壓激發(fā)電子束，LE

16、D和一般的電子元件相同，只需要2-4V的電壓，在常溫下就可以正常動作，因此其壽命也比傳統(tǒng)光源來得更長。</p><p>　　LED所發(fā)出的顏色，主要是取決于電子與空穴結(jié)合所釋放出來的能量高低，也就是由所用的半導(dǎo)體材料的能量所決定。同一種材料的波長都很接近，因此每一顆LED的光色都很純正，與傳統(tǒng)光源都混有多種顏色相比，LED可說是一種數(shù)字化的光源。</p><p>　　LED晶片大小可以因用

17、途而隨意切割，常用的大小為0.3-1.0mm左右，跟傳統(tǒng)的燈泡或日光燈相比，體積相對小得多。為了使用方便，LED通常都使用樹脂包裝，做成5mm左右的各種形狀，十分堅固耐震。 </p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　LED的基本結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　LED的制作過程與制作硅晶圓IC

18、很相似，首先使用化學(xué)周期表中超高純度的III族元素——鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)，以及V族元素——氮(N)、磷(P)、砷(As)為材料，在高溫下反應(yīng)成為化合物，經(jīng)過單晶生長技術(shù)，制成單晶棒，經(jīng)過切割、研磨、拋光成為晶片，再將其作為基板(substrate)，使用磊晶技術(shù)將發(fā)光材料生長在基板上，制成的磊晶片經(jīng)過半導(dǎo)體鍍金和蝕刻工藝后，通過細(xì)切加工成LED晶粒。 </p><p>　　值得注意的是，除了大家常

19、見的可見光外，LED還有不可見光，如“紫外光”與“紅外光”等，例如電視遙控器就是一種紅外光應(yīng)用，其波長約為900nm，而紫外光則因為具有殺菌功能，所以被廣泛應(yīng)用在醫(yī)療用途上。 </p><p>　　LED主要向大功率和小體積兩個方向發(fā)展</p><p>　　(1)提高發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率 </p><p>　　作為指示燈方面的應(yīng)用，有幾個mcd的發(fā)光強(qiáng)度也可以了，但由

20、LED組成的數(shù)碼管或字元管則顯得亮度不足，若要用于戶外作信號或標(biāo)顯示，則其亮度太低，不能滿足使用的要求。所以LED的主要發(fā)展方向是提高發(fā)光強(qiáng)度(也就是一般所指的提高亮度)。 </p><p>　　InGaAlP和nGaN LED晶片發(fā)光效率的演變。其中，a為InGaN藍(lán)光LED，b為InGaN綠光LED </p><p>　　隨著半導(dǎo)體材料及半導(dǎo)體工藝技術(shù)、設(shè)備的發(fā)展，LED的亮度不斷提

21、高，開發(fā)出高亮度及超高亮度LED，并且不創(chuàng)造新記錄。以Φ5標(biāo)準(zhǔn)封裝、發(fā)紅光、視角差別不大的LED為例，表1.1 不同生產(chǎn)年份LED的發(fā)光強(qiáng)度比較</p><p><b>　　表 1.1</b></p><p>　　從表1.1可以看出，近30年LED的發(fā)光強(qiáng)度提高了8000倍左右。1969-1987年LED的發(fā)光強(qiáng)度是很低的，發(fā)展很慢，但1994-2005年LED的亮度

22、有很大的發(fā)展。表1列出的并非發(fā)光強(qiáng)度最高的。例如，在GaAs的襯底上采用AlInGaP工藝技術(shù)制成的Φ5、紅光LED，在小視角4°、50mA工作電流時，其典型發(fā)光強(qiáng)度為20000mcd。</p><p>　　第二章 LED的基礎(chǔ)</p><p><b>　　2.1發(fā)光機(jī)理</b></p><p>　　用于照明的電光源，根據(jù)發(fā)光的機(jī)理主

23、要可分為熱輻射光源、氣體放電光源和場致發(fā)光光源等幾大類。目前廣泛應(yīng)用的是以白熾燈為代表熱輻射光源和以熒光燈為代表的氣體放電光源，而場致發(fā)光則是一種正在發(fā)展中的新型面光源。場致發(fā)光又稱為電致發(fā)光，根據(jù)發(fā)光原理的區(qū)別，場致發(fā)光有本征場致發(fā)光和注入式場致發(fā)光之分，半導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)光為注入式場致發(fā)光，是一種固體在電場作用下直接發(fā)光的一種現(xiàn)象。</p><p>　　半導(dǎo)體發(fā)光二極管發(fā)光原理：發(fā)光二極管是由Ⅲ～Ⅳ族化合物

24、，如GaP（磷化鎵）、GaAs（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的。發(fā)光二極管的核心部分是由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)體之間有一個過渡層，稱為p-n結(jié)，因此它具有一般p-n結(jié)的I-U特性，即正向?qū)?，反向截止，擊穿特性；此外在一定的條件下，它還具有發(fā)光特性。注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時把會多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能（如圖2.1）。p-n結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種

25、利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極對，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。</p><p>　　1960年開發(fā)成功發(fā)光二極管，在90年代采用氣相生長法替代傳統(tǒng)而煩雜的液相法，制成多層薄膜的LED簡易結(jié)構(gòu)，先后研制成功從紅色到橙色的AlInGaP和藍(lán)色系列的InGaN發(fā)光材料，在GaN系列的基

26、礎(chǔ)上又研制成功藍(lán)色(470nm)、藍(lán)綠色(550nm)和綠色(525nm)的LED（如表2.1）。</p><p>　　發(fā)光二極管的種類很多，按發(fā)光材料來區(qū)分有磷化鎵（GaP）發(fā)光二極管、磷砷化鎵（GaAsP）發(fā)光二極管、砷鋁鎵（GaAIAs）發(fā)光二極管等；按發(fā)光顏色來分有發(fā)紅光、黃光、綠光以及眼睛看不見的紅外發(fā)光二極管等；若按功率來區(qū)別可分為小功率（HG400系列）、中功率（HG50系列）和大功率（HG52系列

27、）發(fā)光二極管；另外還有多色、變色發(fā)光二極管等。</p><p>　　發(fā)光二極管的構(gòu)造基本上都差不多,可以參見圖2.2了解一下。</p><p>　　圖2.1 發(fā)光二極管發(fā)光原理圖 </p><p>　　2.2 LED的光學(xué)特性</p><p>　　LED是利用化合物材料制成p-n結(jié)的光電器件。它具備p-n結(jié)結(jié)型器件的光學(xué)特性 光譜響應(yīng)特性、

28、發(fā)光光強(qiáng)指向特性、時間特性。</p><p>　　發(fā)光二極管有紅外（非可見）與可見光兩個系列，前者可用輻射度，后者可用光度學(xué)來量度其光學(xué)特性。</p><p>　?。?） 發(fā)光強(qiáng)度（法向光強(qiáng)）是表征發(fā)光器件發(fā)光強(qiáng)弱的重要性能(圖2.3)。LED大量應(yīng)用要求是圓柱、圓球封裝，由于凸透鏡的作用，故都具有很強(qiáng)指向性：位于法向方向光強(qiáng)最大，其與水平面交角為90°。當(dāng)偏離正法向不同θ角度，

29、光強(qiáng)也隨之變化。發(fā)光強(qiáng)度隨著不同封裝形狀而強(qiáng)度依賴角方向。</p><p>　?。?） 發(fā)光強(qiáng)度的角分布，是描述發(fā)光在空間各個方向上光強(qiáng)分布。它主要取決于封裝的工藝，包括支架、模粒頭、環(huán)氧樹脂中添加散射劑與否。</p><p>　　白熾燈、熒光燈和充氣燈，其光強(qiáng)分布范圍幾乎接近4空間；但是LED接近2空間的配光曲線都是很少的，因為LED的方向性很強(qiáng)。配光曲線一般都采用極坐標(biāo)來表示，對于LE

30、D，只要0~180的極坐標(biāo)就夠了，只需傳統(tǒng)電光源使用坐標(biāo)紙的一半。</p><p>　　2.3 LED的優(yōu)點</p><p>　　現(xiàn)今用于照明的光源主要有三類：</p><p>　?。?）低光效的普通白熾燈和鹵鎢燈，光效為12～24lm/W；</p><p>　?。?）熒光燈，光效為50～80lm/W；</p><p&g

31、t;　?。?）HID燈，光效為80～150lm/W。</p><p>　　前者消耗照明用電的40%，產(chǎn)生總光通量的15%；后者消耗60%的照明用電，產(chǎn)生85%的光。這三類光源的光效還有提高的可能，但都有一定的局限，前者為熱輻射原理和工作溫度所限，而熒光燈則受253.7納米紫外線轉(zhuǎn)換成可見光的能量效率的制約。</p><p>　　但對LED光源基本上不存在這些限制。有人樂觀地估計，即使今后L

32、ED技術(shù)進(jìn)步的速度只有以前30年的一半，也可指望到2010～2015年時其電光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到50%，也就是光效為200lm/W。</p><p>　　下圖為一個LED模塊：</p><p><b>　　2.3.1 功能性</b></p><p><b>　　發(fā)光效率不斷提高。</b></p><p>

33、　　目前白光LED的光效已經(jīng)達(dá)到40lm/W，優(yōu)于白熾燈，次于熒光燈60～100lm/W），在彩色光照明應(yīng)用中，因其不需濾色片，直接投射彩色光，避免了常規(guī)光源因為應(yīng)用濾色片造成的超過40％的光通量損失。人們按現(xiàn)在LED技術(shù)發(fā)展的速度預(yù)測，到2010年，美國計劃發(fā)光效率為100lm/W，韓國為110lm/W，日本為120lm/W，專家們預(yù)期2020年將達(dá)到200lm/W。超過所有照明光源的光效。</p><p>&

34、lt;b>　　光線質(zhì)量高。</b></p><p>　　現(xiàn)在使用的白熾燈工作的過程中，發(fā)出過多的熱量，影響環(huán)境溫度。LED的光譜幾乎全部集中于可見光波段，沒有紅外光和紫外光輻射，因此被稱為“冷”光源，屬于綠色光源。適合在室內(nèi)，尤其是對光效有特殊要求的場所采用，如博物館、展覽館等。</p><p><b>　　2.3.2 藝術(shù)性</b></p&g

35、t;<p><b>　　光色純</b></p><p>　　LED是分立的光譜，譜線狹窄，色彩豐富，鮮艷，可以有多樣化的色調(diào)選擇和配光。</p><p><b>　　光束集中</b></p><p>　　LED發(fā)光大部分集中會聚于中心，發(fā)散角小，發(fā)射光角在100°，發(fā)光均勻性好，可以減少眩光，減化燈

36、具結(jié)構(gòu)，節(jié)省遮光設(shè)備。</p><p><b>　　小型化</b></p><p>　　LED是用環(huán)氧樹脂封裝固態(tài)光源，其結(jié)構(gòu)既不像白熾燈有玻璃泡、燈絲等易損壞部件，也不像熒光燈有體積大的燈管和附件，它是一種全固體結(jié)構(gòu)，因此能經(jīng)得起震動、沖擊而不至損壞，而且體積也相對減小，重量也輕，應(yīng)用靈活，可在狹小空間投光，利于隱藏，美化建筑環(huán)境。</p><p

37、><b>　　響應(yīng)快</b></p><p>　　LED燈響應(yīng)時間短，可瞬間啟動，反復(fù)開關(guān)，可靈活控制，加上時序控制電路可實現(xiàn)多種動、閃、跳的燈光變幻。LED發(fā)光的響應(yīng)時間為納秒級，熒光燈一般為毫秒級。</p><p>　　2.3.3 綠色環(huán)保</p><p><b>　　低功耗，節(jié)能省電</b></p>

38、<p>　　一般LED燈使用低電壓、低電流驅(qū)動，功率為0.06～1W，功率因數(shù)接近于1，不僅LED燈本身省電，與之配合的供電電源的耗電量也大大降低，用量大的可以通過多種方式組合或集成，以滿足不同需要，減少浪費。</p><p><b>　　綠色環(huán)保 </b></p><p>　　現(xiàn)在廣泛使用的熒光燈、汞燈等光源中含有危害人體健康的汞，這樣在發(fā)光過程和廢

39、棄的燈管都會對人體的人身健康和環(huán)境造成危害。而LED不含汞、鉛等有毒成份，沒有玻璃，廢棄物可回收，減少了對環(huán)境的污染，是一種無污染的光源。相比之下，熒光燈具的燈管中含汞，而且用于封裝熒光燈具的材料又以可吸收紫外線的玻璃為主，玻璃易碎的特性加上汞廢料的不易回收，均會嚴(yán)重地造成環(huán)境的污染。歐盟已經(jīng)明令將在2007年開始禁用這些含汞制品。</p><p><b>　　2.3.4 經(jīng)濟(jì)性</b>&l

40、t;/p><p><b>　　壽命長</b></p><p>　　目前彩色LED的壽命可達(dá)5～10萬小時，低功率白光LED的壽命超過3萬小時，高功率白光LED的壽命都在2萬小時以上，由于壽命長，經(jīng)久耐用，減少了維護(hù)維修費用，降低了成本。相比之下，白熾燈的壽命只有1000～2000小時，熒光燈可達(dá)18000小時。</p><p><b>　

41、　光線利用率高</b></p><p>　　LED色彩豐富，艷麗，需要彩色光線時使用時無須濾光片，光線利用率100%。相比之下，加裝濾光片后，其它光源只有少于40%的光線可利用。</p><p><b>　　安全可靠</b></p><p>　　由于LED燈的正向工作電壓低，為1.5～3.0V，工作電流小，為5～150mA，耗電量低

42、、壽命長、不易破碎、使用的安全性、可靠性大大提高，可用于易燃、易爆、水下、高塔、橋梁等不易到達(dá)的地方。</p><p>　　綜上所述，從LED燈與傳統(tǒng)燈性能對比可以看出（如表2.2），LED是一種符合照明技術(shù)發(fā)展大趨勢和綠色環(huán)保要求的光源。</p><p>　　2.4 LED電氣特性</p><p>　　LED 是低壓驅(qū)動的冷光源，它的性能受到使用條件和驅(qū)動器性能的

43、制約，高亮度 LED 一般的導(dǎo)通電壓在 3.0～4.3V，其電流－電壓關(guān)系為：</p><p>　　IF=IS(eVf/KT-1) (1.1)</p><p>　　I s為飽和導(dǎo)通電流， V F為正向電壓, I F為正向電流。</p><p>　　LED 的電氣特性因制造工藝的不同有較大差距，就是同一批產(chǎn)品差距也很大。如圖 1.1 所示, 同一正向電壓下 L

44、ED 的導(dǎo)通電流有很大的偏差。同時，LED 的使用壽命受工作溫度的影響，從圖 1.2 可以看出 LED 額定亮度隨著工作時間下降，可以看出工作溫度越高，使用壽命越短。</p><p>　　研究表明，LED 亮度下降后，達(dá)到同一驅(qū)動電流的驅(qū)動電壓會下降。LED 光效隨著驅(qū)動電流的增大而減小，驅(qū)動電流和亮度成飽和曲線關(guān)系。當(dāng)驅(qū)動電流達(dá)到額定電流的 70%～80%后，再增加的導(dǎo)通電流很大部分轉(zhuǎn)化成了熱能，使 LED溫度

45、迅速上升。[14]</p><p>　　為了提高 LED 的最大電流利用空間和可靠性，獲得要求的流明度和染色性，LED 推薦工作在 70%～80%的額定電流，并且使用恒流驅(qū)動。在使用恒壓驅(qū)動或者 PWM 脈沖電流調(diào)光的應(yīng)用中，最大電流不宜超過最小電流 3 倍，否則沖擊電流會大大減少 LED 使用壽命。</p><p>　　從式（1.1）和圖 1.1 可以看出 LED 的電流與驅(qū)動電壓成指數(shù)

46、關(guān)系，在導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)，驅(qū)動電壓從額定值的約 80％上升到 100%，正向?qū)娏鲝?0%上升到 100%。在仿真過程中，為了更好體現(xiàn) LED 的驅(qū)動狀態(tài)，可以將特性如圖 1.3（a）所示的LED 用圖 1.3（b）的組合電路模擬。其中 D1 的導(dǎo)通壓降為 VF 1， D 2的導(dǎo)通壓降為</p><p>　　在電路分析和參數(shù)計算過程中，因為 LED 的正向電壓紋波較小，可以近似認(rèn)為其電壓波動范圍內(nèi)電流/電壓為線性關(guān)系

47、，用電阻來代替。</p><p>　　2.5 白色 LED 及其照明系統(tǒng)</p><p><b>　　1. 白色 LED</b></p><p>　　對于一般照明而言，人們更需要白色的 LED（如圖 2.4）。1998 年發(fā)白光的 LED 開發(fā)成功，并商品化。對于白色 LED 的研究，各國照明界都十分重視。在短短的 4 年里，白色 LED 的光

48、效有了驚人的提高：1998 年時只有 5lm/W；到了 1999 年時，已達(dá) 15 lm/W，與一般家用白熾燈相當(dāng)；而到 2000 年時，日立公司的試驗樣品的光效達(dá)到 25 lm/W，可與鹵鎢燈相媲美；2005 年時，LED 的光效達(dá) 40 lm/W；</p><p>　　到 2010～2015 年時，隨著技術(shù)的進(jìn)步和關(guān)鍵的突破，LED 光效有可能達(dá)到 150～200 lm/W。</p><p

49、>　　作為照明用的 LED 重要的特性參數(shù)是光亮度(能量)和光色(光譜能量分布)。對于 LED 來說單純地增加輸入功率，亮度會成比例地上升，但 LED 芯片的發(fā)熱量會隨之增加，過多的熱將損壞它的結(jié)晶和封接而縮短壽命。因此使輸入功率的電能高效地轉(zhuǎn)換成光能是最重要的關(guān)鍵技術(shù)。目前高輸出型 LED的外部量子效率僅為 10％左右，而空穴和電子對的能量中的 90％成為內(nèi)部熱被耗損掉，因此將這部分內(nèi)部耗損的熱能轉(zhuǎn)換成光能就可提高光亮度。改進(jìn)的

50、途徑有研究新的發(fā)光材料，提高發(fā)光層內(nèi)部結(jié)合的幾率，提高從芯片中取出光的效率。所以將現(xiàn)在的 LED 的光亮度提高 3～4 倍，達(dá)到熒光燈亮度的水平是完全可能的。日本日亞公司研制的以 GaN 為基礎(chǔ)的 LED 芯片的光效以每年提高 10～20％的速度不斷地改進(jìn)。</p><p>　　LED 的發(fā)光色已經(jīng)實現(xiàn)了從紫外，可見直到紅外幾乎所有的光色，但是它們都是在色度圖上色純度高的光源色，屬于色度圖的內(nèi)側(cè)位置中間的 LED

51、 沒有一例，而且單芯片自發(fā)出復(fù)數(shù)光色的多彩色的LED 也無一例，而要制成中間色的 LED，以白色 LED 為例，則有兩種方法（如表 2.3），一是將 LED與特殊的不同種熒光粉相結(jié)合（如圖 2.5），另一方法是將多芯片材料混合制成混合色芯片。</p><p>　　2. 白色 LED 照明系統(tǒng)</p><p>　　白色 LED 具有低電壓驅(qū)動、體積小、重量輕、顯色性好、調(diào)光性能好、壽命長(達(dá)

52、 2 萬小時以上)、耐振動、不易損壞、色溫變化時不會產(chǎn)生視覺誤差。LED 的光效仍在不斷地提高，目前已達(dá) 25lm/W，不久將來將達(dá)到 80～100lm/W，是照明的理想光源。然而由于單只 LED 功率小，光亮度低，不宜單獨使用，為此必須將多個 LED 組裝在一起設(shè)計成為實用的 LED 照明系統(tǒng)，則具有廣闊的應(yīng)用前景。目前世界大的照明公司都在開發(fā)不同應(yīng)用范圍和品種規(guī)格的 LED 照明系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容如下：</p>&

53、lt;p>　?。?）根據(jù)照明對象、光通量的需求，決定光學(xué)系統(tǒng)的形狀、LED的數(shù)目和功率的大?。?lt;/p><p>　?。?）將若干個LED發(fā)光管組合設(shè)計成點光源、環(huán)形光源或面光源的“二次光源”，根據(jù)組合成的“二次光源”，計算照明光學(xué)系統(tǒng)；</p><p>　　（3）構(gòu)成照明光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的“二次光源”上的每只LED管子配光分布控制十分重要，構(gòu)成炮彈型LED的透明樹脂的凸圓形保護(hù)頭子起凸透

54、鏡作用，是決定單個LED發(fā)出聚光還是散光光束的重要部件。</p><p>　　白色LED照明系統(tǒng)除可用電能、太陽能作能源外還可以用風(fēng)能、燃料電池等作為輔助能源，起到節(jié)電節(jié)能的作用。白色LED小巧量輕、驅(qū)動電壓低、有不同的光色、壽命長、耐振動、易于控光等特性，對設(shè)計用于不同場所和目的的照明系統(tǒng)提供了優(yōu)越條件。同一照明系統(tǒng)可選用不同光色的LED組合在一起，將驅(qū)動線路與調(diào)光線路相結(jié)合，可實現(xiàn)可調(diào)光，調(diào)色的色可變照明系統(tǒng)

55、，作為舞臺照明有很好的演出照明效果。小巧輕量的LED可與燈具一體化，燈具既起支撐LED的作用又起供給LED的驅(qū)動電源作用，使照明系統(tǒng)薄形化可嵌入在頂棚內(nèi)，粘貼在墻壁上等處，形成無照明器具感的照明系統(tǒng)，具有良好的室內(nèi)照明效果。長壽命的LED可多次重新使用位置在新的照明系統(tǒng)中，使照明系統(tǒng)的更新簡單、快速、方便。白色LED照明系統(tǒng)還可將驅(qū)動點燈線路通過電腦與因特網(wǎng)相連，實現(xiàn)信息控制，如外出辦事或旅游，可通過手機(jī)發(fā)出指令對室內(nèi)LED照明系統(tǒng)進(jìn)行

56、監(jiān)控和信息化管理。第三章 LED的驅(qū)動電路設(shè)計</p><p>　　LED驅(qū)動電路的主要任務(wù)是將交直流電壓轉(zhuǎn)換為可驅(qū)動LED的直流電壓，完成與LED的電壓和電流的匹配。由于單個LED所發(fā)出的光通量還不夠大，因而無論用于照明還是用于信號，都要將若干甚至大量LED以串聯(lián)和并聯(lián)的方式連接在一起使用(LED的低放熱特性允許將它們布置成緊密的陳列結(jié)構(gòu))，這當(dāng)然會增加控制的難度，但是它們的控制原理是相通的。</p>

57、;<p>　　3.1 直流轉(zhuǎn)換為直流驅(qū)動</p><p><b>　　1.直接驅(qū)動方式</b></p><p>　　LED直接進(jìn)行控制方式電路如圖2.7所示，圖中R是起限流作用，VT控制LED工作。例如LED的額定工作電流是20mA，長期超過這個電流工作，容易使LED的半導(dǎo)體芯片燒壞。為保證LED的工作電流為20mA，可根據(jù)電源電壓E的大小及VT的管壓降

58、，確定限流電阻的大小，該控制方式容易按控制要求實現(xiàn)。但限流電阻要消耗功率，電源電壓越高，R所消耗的功率越大。例如大量TTL電路中使用5V電壓驅(qū)動，在電阻上要消耗掉50%甚至更多的電能。另一方面，若擬通過降低驅(qū)動電壓或串聯(lián)LED來降低電阻損耗，這在一定范圍內(nèi)有效，但是電阻太小時將難以起到限流的作用，電壓的少許波動就會導(dǎo)致發(fā)光亮度明顯變化。由于這種控制方式較為簡單，所以是目前使用較多的一種LED控制方式?？墒菍τ商柲芄╇娀蚱渌怨?jié)能為目標(biāo)

59、的LED照明系統(tǒng)，</p><p>　　這種控制方式是不科學(xué)的</p><p><b>　　2.升壓驅(qū)動方式</b></p><p>　　由LED伏安特性可知，當(dāng)LED外加電壓大于開啟電壓，發(fā)光二極管導(dǎo)通后，電壓略有提高，流過LED的電流上升很快，而LED的發(fā)光強(qiáng)度隨著電流的上升接近線性增加。LED適合在脈沖情況下工作，且不易發(fā)熱，在平均電流與

60、直流電流相等情況下，脈沖工作發(fā)光強(qiáng)度更大。結(jié)合LED響應(yīng)速度快的特點，可以采用圖2.8所示的升壓控制電路。分析該電路的工作原理，可知在控制電壓V1為脈沖信號低電平時，VT截止，兩端的電壓為電源電壓與電感反電勢之和，當(dāng)控制電壓V1砰為脈沖信號高電平時，控制管VT導(dǎo)通，流過電感中的電流為</p><p>　　R為該回路的等效電阻，這就是說L越小，R越大，則電流上升越快，最大電流等于E/R。當(dāng)VT截止時，電流通過LED

61、而不產(chǎn)生突變，使LED開始工作。電阻大，電流上升快，但最大電流小，電感的貯能小，因而供應(yīng)電阻及LED消耗的時間就越短。而電感大，電流上升慢，電流還沒有達(dá)到最大值，三</p><p>　　極管已截止了，導(dǎo)致電感的貯能也小，從而供應(yīng)電阻及LED消耗的時間就短。在求允許最大峰值電流時，就需要該電路的參數(shù)與脈沖頻率有個合理的匹配，需考慮LED的最大脈沖工作電流應(yīng)使芯片PN結(jié)區(qū)溫度達(dá)到最高結(jié)溫，在配置參數(shù)時還要考慮結(jié)溫的上

62、升率與熱阻稍有關(guān)系這一事實。這種電路的優(yōu)點是沒有限流電阻、回路電阻很小、所消耗的能量很小、電感中所貯存的能量基本上提供給LED，是較為節(jié)能的電路。</p><p><b>　　3.降壓驅(qū)動方式</b></p><p>　　降壓控制方式電路如圖2.9所示，分析此電路得知，當(dāng)VT導(dǎo)通時，電流從電源E流經(jīng)電感L和開關(guān)管VT到地，是電感電流建立的全過程。其電流的變化規(guī)律可用式

63、(2.3)表述。當(dāng)VT截止時，電感中的能量通過LED放電，其放電電流的變化規(guī)律如式(2.4)所示 </p><p>　　式中，I0一一截止時的電流:R一一電感的導(dǎo)線電阻與LED等效電阻之和。</p><p>　　對同樣的初始電流，R越大，電阻的功率也越大，從而貯能就較快地被電阻消耗掉。由于LED的內(nèi)阻基本不變，因此可以通過減小電感的內(nèi)阻，達(dá)到節(jié)約電能的效果。L越大，電感貯能越大，其放電

64、時間越長，LED發(fā)光時間也越長。隨著放電時間的延長，放電電流逐步減少，流過發(fā)光二極管的工作電流也跟著降低，其發(fā)光強(qiáng)度也減弱。為使LED有一定的發(fā)光強(qiáng)度，就應(yīng)在控制脈沖頻率和占空比時，考慮電源電壓、電感大小、LED的開通電壓和開關(guān)管的飽和壓降及開關(guān)管截止頻率fT人的大小。圖2.10、圖2.11是電感數(shù)值不同而開關(guān)周期相同時所測的LED電壓波形。從圖2.10可以看出，電壓波形是不連續(xù)的，說明在導(dǎo)通階段電感中貯存的電能不足以提供給LED，在電

65、壓波形中出現(xiàn)了振蕩。由于光通密度隨電流密度的增加而成正比例增加，這樣LED的發(fā)光亮度就會減弱，這表明脈沖頻率和占空比的選取應(yīng)考慮電感的大小。電感過大，則在VT導(dǎo)通時，建立起電感電流的時間過長，這樣在整個導(dǎo)通期間內(nèi)，電感中所儲存的能量不夠大，導(dǎo)致LED的亮度降低電感過小，雖然在導(dǎo)通時，容易使電感中的電流達(dá)到最大值，但電感中的貯能仍然不足以向LED提供足夠的電能，這樣也會出現(xiàn)電壓波形振</p><p>　　4. IC

66、恒流驅(qū)動方式</p><p>　　恒流驅(qū)動電路通常是使用恒流芯片，以位移位暫存器形式控制，調(diào)節(jié)外置電阻來控制最大輸出電流。圖為采用三端可調(diào)試集成穩(wěn)壓器LM317M的恒流驅(qū)動電路，在U3≥12V之時，利用其U2—U1=定值的特性，實現(xiàn)對圖中幾組串并聯(lián)組合的LED恒流驅(qū)動，其中限流電阻R=18.5Ω。使用中必須注意LM317M的2端輸出電流不能超過0.5A，輸出可調(diào)節(jié)電壓為1.2V~3.7V。</p>

67、<p>　　3.2 交流轉(zhuǎn)換為直流驅(qū)動</p><p>　　1．簡易變壓器式穩(wěn)壓驅(qū)動電路</p><p>　　這種LED驅(qū)動電路主要由電源隔離變壓器、AC一DC整流器和限流電阻等組成，變壓器起到隔離和變壓的作用，如圖2.13所示。AC一DC整流器整流穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓;濾波電容C1濾除整流器輸出電壓中的交流成分，使電壓更平滑;而限流電阻R1的作用主要是控制LED電流，限流電阻R1應(yīng)該

68、比LED的正向等效電阻要大，這樣才能克服LED電流隨輸入電壓和環(huán)境溫度等因素而產(chǎn)生的變化，但是從效率角度看，其值卻不能取得太大。</p><p>　　2.簡易電容降壓式LED驅(qū)動電路</p><p>　　這種LED驅(qū)動電路具有體積小、成本低、使用率高等優(yōu)點，但若元器件選擇不當(dāng)，不但達(dá)不到降壓的效果，還有可能造成電路的損壞。圖2.11中電容C1起降壓及限流的作用;穩(wěn)壓二極管VD2的作用是穩(wěn)壓

69、，其穩(wěn)壓值選擇應(yīng)等于負(fù)載電路的工作電壓，其穩(wěn)定電流的選擇也很重要限流電阻R2取值不能太大，否則會增加電能損耗以及引起元器件溫度升高。</p><p>　　3.3 LED 驅(qū)動電源設(shè)計要點</p><p>　　在 LED 驅(qū)動器的設(shè)計中，有各自重要的設(shè)計要求。例如電池供電的 LED 驅(qū)動器需有升壓功能，以滿足 1～3 節(jié)充電電池或 1 節(jié)鋰離子電池供電的要求，并要求工作到電池放電終止。靜態(tài)電

70、流必須要小，并且有關(guān)閉功率，在關(guān)閉狀態(tài)時一般耗電小于 1uA。在顯示屏背光源照明中，要求 LED 亮度均勻，并可多級調(diào)節(jié)亮度。汽車照明的 LED 驅(qū)動器必須能夠適應(yīng)條件相當(dāng)苛刻的汽車電源總線。汽車采用的是 12V 的電池，典型的工作電壓范圍是 9V～16V，在冷車發(fā)動時電池可能降至 4V,并且存在 36V 的瞬態(tài)電壓。但下面幾個設(shè)計指標(biāo)是大部分驅(qū)動電源都要考慮的。</p><p>　　①提高轉(zhuǎn)換效率，減少功耗，特

71、別是在電池和電瓶供電場合，這樣不但可以延長一次充電的使用時間，而且可以減少系統(tǒng)發(fā)熱量，降低工作溫度。</p><p>　?、谔岣唠娐返目煽啃?，電路必須有過壓、欠壓、過流等保護(hù)電路, 不能因為電路故障而造成 LED 的損壞。</p><p>　?、郾仨毐M量降低成本，減小變換器體積。在LED驅(qū)動器設(shè)計過程中，下面幾個問題是設(shè)計者需要解決的，它是影響LED性能發(fā)揮的重要原因。</p>

72、<p>　?、貺ED 并聯(lián)驅(qū)動均流</p><p>　　LED 采用串聯(lián)驅(qū)動，實現(xiàn)恒流控制較為容易，但是要求的驅(qū)動電壓也較高，在驅(qū)動多個 LED 時，有時必需采用并聯(lián)驅(qū)動?，F(xiàn)在 LED 并聯(lián)驅(qū)動均流主要有三種解決方案[5]。</p><p>　　1）每路 LED 都用功率開關(guān)獨立調(diào)節(jié)流過的電流（圖 1.4（a））.這種方法可以獲得較高的電流精度,但增加了控制電路設(shè)計的難道和系

73、統(tǒng)功耗，它主要用在電感型 DC/DC 驅(qū)動電路（boost, buck-boost 等基于電感的電路）上，特別是大功率 LED的驅(qū)動上。</p><p>　　2）調(diào)節(jié)電源輸出電壓，在每路 LED 串入限流電阻，依靠 LED 的一致性和串聯(lián)電阻使電流匹配（圖 1.4（b））。電路簡單，但電流穩(wěn)定度不好。</p><p>　　3）調(diào)節(jié)流過一個 LED 的電流，依靠 LED 的一致性和串聯(lián)電阻使

74、其余的 LED電流匹配（圖 1.4（c）），這種方法原理和 1 相似。</p><p><b>　?、诶擞侩妷旱南拗?lt;/b></p><p>　　電源的浪涌電壓以及接通電路時開機(jī)過沖電壓的沖擊波形對 LED 芯片損傷嚴(yán)重，在設(shè)計時，特別是大功率 LED 驅(qū)動器，應(yīng)該引起足夠的重視。</p><p>　　③大功率 LED 的散熱</p>

75、;<p>　　LED 照明系統(tǒng)的熱源基本就是 LED 燈本身。所以建議 LED 燈采用鋁基板散熱，功率器件均勻排布，盡可能避免將 LED 驅(qū)動電路與散熱部分貼近設(shè)計；減少封裝至印刷電路基板的熱阻抗；提高 LED 芯片的散熱暢順性以降低系統(tǒng)工作溫度。第四章 LED的應(yīng)用</p><p>　　4．1 LED 燈與建筑的“一體化”</p><p>　　對于優(yōu)秀的建筑照明設(shè)計而言

76、，建筑與照明之間很難有明確的區(qū)分，照明甚至是建筑的一部分。人們希望看到建筑與照明有機(jī)的結(jié)合，或者說是實現(xiàn)建筑與照明的“一體化”。</p><p>　　字典中對“有機(jī)的”的解釋主要有這樣幾個內(nèi)容：</p><p>　?。?) 具有相關(guān)性或是相互影響的；</p><p>　?。?) 屬于、關(guān)于或源于活的有機(jī)體的；</p><p>　?。?) 組織

77、或發(fā)展上類似活的，交織聯(lián)結(jié)的；</p><p>　?。?) 樸實簡單的、健康的和接近自然的。</p><p>　　面對多種元素和需要解決的問題，如何將其合理協(xié)調(diào)的組織在一起相互滲透，構(gòu)成積極富有活力的整體就是設(shè)計中的有機(jī)性。對于照明而言，既要考慮照明功能的有機(jī)性，又要與建筑有機(jī)結(jié)合。實現(xiàn)建筑與照明的“一體化”也就是要將建筑構(gòu)件，空間，燈具以及所處的環(huán)境協(xié)調(diào)起來，使之相互滲透，相互促進(jìn)，利用

78、現(xiàn)代化的科技手段，合理解決各種矛盾。</p><p>　　4．1．1大面積顯示屏</p><p>　　就目前 LED 的造型發(fā)展來說，LED 本身的形狀多為圓形，其余所呈現(xiàn)的形狀皆為圓形排列構(gòu)成，再加上外包殼所形成的視覺造型。</p><p>　　以整面式排列加上程式控制（如圖 4.7）所呈現(xiàn)的手法多運(yùn)用于公共空間中。比如全彩色 LED 顯示幕是當(dāng)今世界上最為引人注

79、目的戶外大型顯示裝置，采用先進(jìn)的數(shù)位化視頻處理技術(shù)，有無可比擬的超大面積與超高亮度。根據(jù)不同的戶內(nèi)外環(huán)境，采用各種規(guī)格的發(fā)光圖元（如圖 4.8），實現(xiàn)不同的亮度、色彩、解析度（如圖 4.9，4.10），以滿足各種用途。它可以動態(tài)顯示圖文動畫資訊，利用多媒體技術(shù)，可播放各類多媒體檔。世界上目前最有影響的 LED 顯示幕，當(dāng)屬美國曼哈頓時代廣場紐約證券交易所，總計使用了 18，677，760 只 LED，面積為 10，736 平方英尺。熒幕

80、可以劃分成多個畫面，而同時顯示，將華爾街股市的行情一目了然呈現(xiàn)在公眾面前。</p><p>　　另外崛起在上海浦東陸家嘴金融中心的震旦國際總部，整個朝向浦西的建筑立面鑲上了長100ｍ的超大型LED屏，總計面積達(dá)到3600平方米?？胺Q世界第一。此外LED燈多運(yùn)用于建筑物外觀裝飾，利用LED 的刻意排列，使該建筑物白天與夜間的視覺大不相同，產(chǎn)生另一種視覺效果。</p><p>　　4.1.2

81、 LED與建筑構(gòu)件的結(jié)合</p><p>　　LED 燈本身具有裝飾性，還可以裝入透明中空的管線中制成線性發(fā)光條或帶，嵌裝在建筑立面構(gòu)件外沿需要做夜景裝飾的部位裝置，以形成和建筑一體的線性內(nèi)透光發(fā)光條由于體積小，不發(fā)光時也不會引人注意(如圖 4.11，4.12，4.13) 。</p><p>　　將點光源 LED 燈和小的發(fā)光盒等發(fā)光體和墻面或屋面組合一體。光點的分布視建筑表面和構(gòu)造而定，

82、如大片墻面，一般均勻布置光點，對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的墻面，光點一般布置在網(wǎng)架節(jié)點位置，形成類似滿天星的建筑表面。（如圖 4.14）。</p><p>　　4.2 LED照明技術(shù)在燈光環(huán)境中的應(yīng)用</p><p>　　由于LED光源具有發(fā)光效率高、耗電量少、使用壽命長、安全可靠性強(qiáng)，有利于環(huán)保等特性，近幾年來在城市燈光環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用。目前已應(yīng)用于數(shù)碼幻彩、護(hù)欄照明、廣場照明、庭院照明、投光照

83、明、水下照明系列。許多城市利用LED光源照明技術(shù)應(yīng)用于城市燈光環(huán)境建設(shè)中，產(chǎn)生了良好的效果，積累了豐富的經(jīng)驗。如廣州電力大廈、廣州鶴洞大橋、廣州工商行大廈、珠海迎賓南路燈光工程、東莞中心城區(qū)燈光工程、鄭州河南醫(yī)科大立交橋、上海延安路燈光工程、湖南常德市丹陽天橋、南通市通訊塔燈光工程等。</p><p>　　隨著全國城市化的進(jìn)一步發(fā)展，燈光環(huán)境（包括路燈、景觀燈、藝術(shù)燈等）建設(shè)領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大，LED光源的應(yīng)用也將不

84、斷發(fā)展。LED作為第四代新光源，在城市景觀燈建設(shè)領(lǐng)域中已得到了有效的應(yīng)用，但要在路燈建設(shè)和維護(hù)中取代大功率的高壓鈉燈、高壓汞燈、金鹵燈等光源，還需進(jìn)一步的研究和探討，認(rèn)真解決LED光源在照明應(yīng)用中存在的技術(shù)問題，還需LED光源生產(chǎn)廠家結(jié)合路燈行業(yè)的實際情況，生產(chǎn)符合路燈建設(shè)和維修所需的新產(chǎn)品，使第四代新光源在城市照明建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。</p><p>　　目前國內(nèi)已能生產(chǎn)1-3W由Φ5白光LED組成的白光LE

85、D燈泡(外形與白熾燈泡相同，球形外殼用透明塑膠做成，直徑約60mm，燈頭用E27螺紋燈頭)，其發(fā)光效率η超過35lm/W。2-3W的白光LED燈泡亮度與25W白熾燈泡差不多。另外，目前也能夠生產(chǎn)出12W白光LED的日光燈管，其光通量超過500lm，發(fā)光效率超過40lm/W。這兩種白光LED做成的燈壽命都超過50000h。這兩種燈都是用超高亮度Φ5小功率白光LED做成，目前售價較高，且尚未上市。</p><p>　

86、　LED作為城市交通信號燈及標(biāo)燈第五章 總結(jié)與展望</p><p>　　在地球資源日漸衰竭的今日，環(huán)保、節(jié)能是當(dāng)今各產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重心，尤其是需要消耗大量電力的照明產(chǎn)業(yè)，在燈種的研發(fā)上，更是趨向環(huán)保、節(jié)能的特性上著眼。近年來發(fā)光二極體（LED）的出現(xiàn)，為人類的照明世界帶來新革命、新科技，且對人類生活將會有重大影響與改變。</p><p>　　長期以來，由于LED光效低的原因，其應(yīng)用主要集中在各

87、種顯示領(lǐng)域。隨著超高亮度LED（特別是白光LED）的出現(xiàn)，在照明領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，二十一世紀(jì)將進(jìn)入以LED為代表的新型照明光源時代，被稱為第四代新光。</p><p>　　目前，照明消耗約占整個電力消耗的20％，大大降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑，為實現(xiàn)這一目標(biāo)，業(yè)界已研究開發(fā)出許多種節(jié)能照明器具，并達(dá)到了一定的成效。但是，距離“綠色照明”的要求還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，開發(fā)和應(yīng)用更高效、可靠、安全、耐

88、用的新型光源勢在必行。LED以其固有的優(yōu)越性正吸引著世界的目光。美國、日本等國家和臺灣省350億美元電費，每年減少7.55億噸二氧化碳排放量。日本100％的白熾燈換成LED，可減少1～2座核電廠發(fā)電量，每年節(jié)省10億公升以上的原油消耗。臺灣地區(qū)25％的白熾燈及100％的日光燈被白光LED取代，每年節(jié)省110億度電。日本早在1998年就編制“21世紀(jì)計劃”，針對新世紀(jì)照明用LED光源進(jìn)行實用性研究。近年來，日本日亞化工、豐田合成、SONY

89、、佳友電工等都已有LED照明產(chǎn)品問世。世界著名的照明公司如飛利浦、歐司朗、GE等也投入大量的人力物力進(jìn)行LED照明產(chǎn)品的研究開發(fā)和生產(chǎn)。美國GE公司和EMCORE公司合作成立新公司，專門開發(fā)白光LED，以取代白熾燈、緊湊型熒光燈、鹵鎢燈和汽車燈。德國歐司朗公司與西門子公司合作開發(fā)LED照明系統(tǒng)。臺灣目前的LED產(chǎn)量僅次于日本列在美國之前</p><p>　　LED作為新型照明光源材料的發(fā)展近年也取得了突破性發(fā)展。

90、傳統(tǒng)的照明光源主要是白熾燈和熒光燈，在可靠性、耗電、使用壽命等方面不盡如人意。近年，LED作為光源材料制作的裝飾燈、城市景觀燈等產(chǎn)品不斷推出，LED光源材料的照明燈具的市場正在形成并呈上升趨勢。特別是在城市景觀、危險區(qū)域、緊急應(yīng)急等方面的使用潛力更為巨大。白光LED是最被看好的LED新興產(chǎn)品，其在照明市場的發(fā)展?jié)摿χ档闷诖?。與白熾鎢絲燈泡及熒光燈相比，LED具有體積小(多顆、多種組合)、發(fā)熱量低(沒有熱輻射)、耗電量小(低電壓、低電流起

91、動)、壽命長(1萬小時以上)、反應(yīng)速度快(可在高頻操作)、環(huán)保(耐震、耐沖擊不易破、廢棄物可回收，沒有污染)、可平面封裝易開發(fā)成輕薄短小產(chǎn)品等優(yōu)點，沒有白熾燈泡高耗電、易碎及日光燈廢棄物含汞污染的問題等缺點，是被業(yè)界看好在未來10年內(nèi)，成為替代傳統(tǒng)照明器具的一大潛力商品。</p><p>　　去年底臺灣的宏杰科技公司研發(fā)出低成本高照度的光學(xué)技術(shù)，可為室內(nèi)照明的LED燈開出另一契機(jī)。宏杰科技所開發(fā)出之新技術(shù)榮獲全國

92、第一屆LED照明應(yīng)用創(chuàng)意設(shè)計大賽「最佳創(chuàng)意表現(xiàn)獎」，此技術(shù)可大大降低LED閱讀燈的成本，且無傳統(tǒng)臺燈炫光、閃爍及電磁波等問題。宏杰科技總經(jīng)理陳一義表示，高亮度白光LED應(yīng)用市場規(guī)模預(yù)測在2005年約一千億臺幣，而2006年則增至約一千三百億臺幣，未來五年閱讀燈、櫥窗燈、戶外燈、投光燈等傳統(tǒng)燈具將逐漸為LED燈所取代。目前LED燈已成為主要的輔助光源，今后隨著LED發(fā)光特性及生產(chǎn)制造技術(shù)之演進(jìn)，發(fā)光效率不斷提升，價格不斷下降，使得LED應(yīng)

93、用層面更廣，更受使用者喜愛。未來白光LED的市場規(guī)模與應(yīng)用 將無限寬廣，并將進(jìn)入一般家庭，取代各種傳統(tǒng)的室內(nèi)照明。 燈飾市場分析家認(rèn)為，從2005至2013年，許多傳統(tǒng)燈如商店的櫥窗燈、戶外燈、投光燈及閱讀燈等，皆將被LED燈所取代。再加上2005年歐盟將對進(jìn)口商品增收污染處理費，2006年七月以后若有可替代物品，則含有毒物質(zhì)之電器及照明產(chǎn)品將全部禁止進(jìn)入歐洲，這將會加速LED產(chǎn)業(yè)未來之發(fā)展。雖然目前白光LED仍未&

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