led照明技术范文

时间:2023-09-20 21:55:00

led照明技术

led照明技术篇1

清华大学深圳研究生院 半导体照明实验室,深圳 518055)清华大学电子工程系 集成光电子学国家重点实验室,北京 100084)东莞勤上半导体照明技术研究院 摘 要: 由于白光LED 具有很多显著的优点,将其应用于公共城市照明设施地替代光源有着许多的优点。然而要真正充分发挥半导体光源的长处,二次光学系统的设计至关重要。本文介绍了一种独特的适用于城市道路照明二次光学系统,他能较好的满足城市道路照明的家路相关标准,并可以灵活地适用于不同的道路情况。 论文关键词:半导体照明;功率型LED;二次光学设计 1 引 言 公共城市照明在照明市场上占有庞大的份额,根据统计,城市公共照明在我国照明耗电中占30%的比例,约439 亿kwh,以平均电价0.65 元/kwh 计算,一年开支285 亿元。目前,广泛应用于城市公共照明的是高压钠灯,特别是在主干道上,高压钠灯可以提供100lm/W 以上的发光效率。但其本身的缺憾也很明显: 光源的光谱成分偏黄,显色指数极低; 灯具的寿命短,更换工作量大; 不便于对于灯的功率进行调节; 随着20 世纪90 年代固体物理学的高速发展和新半导体材料的突破性发现,近10 年来LED 技术取得了突飞猛进的发展。白光LED 的出现,以其特有的低电压驱动、体积小、重量轻、显色性好、调光性能好、寿命长(达2 万小时以上)、耐振动、不易损坏、符合环保要求等优势,使半导体光源将成为城市道路照明理想的节能光源。其显著的优点为:光效高。 目前商业化的白光LED 光效已达到90-100lm/W 左右,预计2 年内能达到150lm/W 以上,而这并非LED光效的上限,各国的专家都把光效地目标定在200lm/W 左右。 寿命长。 理想的目标是10 万小时,而目前商业化的白光LED 寿命可到5 万小时,比传统光源寿命要长10 一20倍。做成城市道路照明光源,则可以10 年不换光源,大大节省了日常的维护费用。便于对于灯的功率进行智能调节;可以附加二次光学系统,最大限度地利用LED 的光能,满足各种应用场合特定的照度与光强分布。近年来, 常规化石能源日趋紧张,石油、煤等常规能源价格不断攀升,特别国际油价更达到历史高位,造成了能源供应的形势愈加严峻。由于LED 的这些显著优点和白光LED 技术的日臻成熟,开发高效、长寿、绿色环保的半导体光源城市道路照明系统,具有十分重要的意义。 2 二次光学系统的设计 道路照明系统不同于一般的照明灯具,其被照明的场是一矩形区域。表1-1 和表1-2 为国家路灯标准。根据国家公路照明标准,主干道的平均照度是15lx,均匀性为30%;次干道的平均照度是8lx,均匀性为30% ,其中均匀性为照射路面的最低照度/平均照度。 由于高压钠灯为全角360 度发光,通常在光源背面加上一个反光装置使发出的光照射到路面上以提高能量利用。但是由于高压钠灯光源庞大,缺乏有效的光学装置,高压钠灯在路面上形成的光斑通常是一个不均匀的圆斑:中心处很亮,而在径向衰减很快。如图(1)所示。 为了达到国家照明标准的均匀性要求,通常不得不提高输出功率使得周围暗斑的照度主干道不小于5 lx,次干道不小于2.4 lx,然而大量的能量则浪费在路灯的正下方中心处和道路的外侧,从而降低了总的能量利用率。

led照明技术篇2

【关键词】智能感应;LED照明技术;高效环保

LED是Light Emitting Diode的简称,是一种固态的半导体,可以直接的将电能转化为光能。LED照明是指利用半导体发光,具有体积小、电压低、电光效率高、节能环保和寿命长等特点的二极管照明产品。在当今社会以LED照明技术为代表的最新光源的发明与应用在某种程度上标志着照明新时代的到来。LED照明与传统的照明技术相比,具有更环保、更节能、寿命更长的优点。如今我国的生态环境污染严重,这是我国经济发展所付出的代价,所以我们在享受的同时也要承担起我们的社会责任,保护好生态环境,发明出更多节能与环保的新技术。

一、智能感应LED灯的原理与特点

在原始社会,火开始了人类照明的时代。爱迪生发明的白炽灯则是照明领域的一项重大突破,而LED照明技术是在白炽灯基础上更具先进性与科技性的改革,LED灯的核心是一个半导体晶片,晶片的一端在支架上,这是负极;另一端连接在正极上,然后用环氧树脂将整个晶片封装起来。半导体的晶片主要由两个部分组成:P型半导体和N型半导体。前者空穴是主导,后者以电子为主导。这两种半导体连接在一起时形成了一个“P--N结”。当电流通过时,电子被推向P区,在P区里电子将会与空穴汇合,然后以光子的形式发出能量产生光。光的波长也成为光的颜色,是由P—N结的材料所决定的。而智能感应LED灯则主要是利用了人体的红外热辐射原理,并且采用MCU电路设计,可以自行开启和关闭,被广泛应用于停车场、仓库、阳台、杂物间、过道等场所。

当前我国的LED灯的形态与功能还是依附于传统的设计理念上。不过目前LED灯出现了两种最新的设计理念:情景照明与情调照明。前者是在2008年由飞利浦设计出来的照明理念,旨在根据环境的需求来设计灯具。情景照明主要以现场为出发点,营造出一种绚烂、美丽的光照环境,有效地烘托出场景效果,营造出一种氛围。后者主要是从人的情感为出发点,从人的审美角度创造出一种意境。情调照明不同于情景照明,情调照明富有动态感,能够满足人体精神需求上的要求,使人感觉很有意境和情调。情景照明则是静态的,只着重强调光照场景的需求,无法表达出人的情感和情绪。从某种意义上来说,情调照明的范围可以涵盖情景照明。情调照明主要包含四个方面的内容:环保节能、健康、智能化和人性化。

智能感应LED灯也是如今使用比较广泛的照明产品,智能感应LED灯有很鲜明的特点,主要表现在使用方便,可以根据声音、光线等变化来对其进行有效控制,从大体而言其特点主要分为以下两个部分:

(一)智能化照明控制

LED灯可以根据环境的变化、用户的需求和可观的要求来自动的采集照明系统中的各种信息,并利用智能化的控制对采集的信息进行合理的逻辑分析、判断和推理,并将分析结果按照所要求的形式进行存储、传输和显示,对工作状态的信息进行反馈与控制,这样更有利于实现预期目标。智能的照明技术具有以下优点:首先,控制智能化能够实现照明上的控制智能化,从而提高管理水平,减少投入成本。然后可以节能,并且营造出一种舒适柔和的环境,增加艺术魅力。智能化的照明技术还可以延长灯具的使用寿命,保持室内的光线恒定,并且也可与多个系统联合使用。

(二)形态各异的功能性照明

人们对于从事的活动与环境的关联程度密切相关,照明要满足人们对不同环境的视觉上的需求。如在学习与工作中,需要明亮一点的灯光;在有情调的餐厅聚会场合则需要柔和一点的灯光。从清晨到夜晚,不同的灯光对于人们这一天生活的心理和生理都有较大的影响。

二、智能感应LED照明技术的现状与发展趋势

由于智能感应LED灯是节能环保的绿色产品,具有省电、节能、安全、环保、光写性能好、无频闪、寿命长、坚固耐用、无紫外线和红外线、高亮度和发热少的众多优点,所以在未来的城市建设或者各种场合中都能够用到。所以LED照明技术具有很广阔的市场前景。如今的发光效率正在以年均15%的发展速度增长着。从整体的LED市场来说,未来的市场成长空间巨大。各国也都清楚这一点,所以也纷纷推出了相关的优惠政策与措施鼓励和推动LED照明市场的发展。智能感应LED灯还处在成长期,自身的产品也需要逐渐的完善,消费者的认知和接纳心还有待于提高。但是毋庸置疑的是,LED照明技术一定会替代传统的照明技术,实现很大的市场占有率,这只是一个时间问题。经过调查统计,智能感应LED灯具有以下两个发展趋势:

一方面,产品的制造成本和销售价格都会有回落。如今LED技术没有大范围普及的主要原因还是价格问题,如果实现了价格的大幅度下调,那LED照明灯走进千家万户也会是水到渠成的事。随着科学技术的发展,LED的核心产品—芯片技术也得到了很大程度的提升,LED灯的发光效率也有了很大提高,单个的芯片成本也在不断下降,所以LED灯的性价比也越来越高。如今的灯珠成本、散热材料和驱动电源的成本占了总成本的绝大比例,这是影响照明产品投入成本的主要因素。而在未来的市场上随着上游的原料价格的下调,LED产品占据市场的速度有望加快。

另一方面,高压的智能LED灯会成为主流方向。高压智能LED产品具有两大优势,一是有效降低了陈本和重量,二是降低了散热要求,这有望解决我国照明市场上最大的技术障碍。随着我国COB封装技术的逐渐成熟,当今市场上由COB封装的灯已经占了很大比例,主要由于COB封装具有三点优势:应用便利、设计多样化和低成本。

结束语

随着材料与技术的不断发展,照明产品逐渐趋于高效化、长寿化、环保化与自然化。而智能感应LED照明产品完全符合这个主流趋势,所以智能感应LED照明技术拥有很广阔的发展前景和巨大的潜在价值。

参考文献:

[1]毛兴武.新一代绿色光源LED及其应用技术[M].人民邮电出版社,2008.

[2]杨清德.LED照明工程与施工[M].金盾出版社,2009.

[3]李江春,肖辉.浅谈LED景观照明智能控制及应用[J].建筑电气,2010(3).

led照明技术篇3

关键词:LED驱动器;LED灯;LCD背光

LED作为绿色环保的清洁光源得到广泛的认可。LED使用寿命长、节能省电、应用简单方便、使用成本低,因而在手机、MP3、MP4、PMP、DSC(数码相机)、PDA、GPS。PND、游戏机、学习机、笔记本电脑等的手持产品的LCD背光;LED手电筒、矿灯便携照明;在建筑照明、装饰照明、标识牌照明;在汽车的仪表板背光、前后雾灯、第三刹车灯、方向灯、尾灯;以及将在家庭照明都会得到海量的应用。

目前手机彩屏背光应用占LED驱动IC总出货比重的60%,除了按键与彩屏背光应用外,由于照相手机的普及,搭配LED省电与小型化的特性,手机相机闪光灯应用比重逐日提高,将占整体手机应用的35-40%。全球手机产量由2006年的8亿台增长到2007年的11亿台,增幅达40%,2008年预计将生产15亿台。2007年中国手机出货量将增长21.9%,达5.58亿部,占据全球市场的一半左右。按80%手机采用彩屏计算,2007年手机产品应用的LED驱动IC达6亿颗规模。预估LED驱动IC在消费性电子产品市场将继续成倍增长。

7-19英寸的LCD屏原用CCFL作为背光,而现在也正在逐步地被LED所蚕食。特别是在欧盟实施RoHS的法令以后,含汞的CCFL被禁止,否则要付10美元的有害物质处理费,这将加快采用LED背光的步伐。在笔记本电脑等更大量产品的液晶屏中,采用LED背光也已成为一种趋势,因为它不但可以使屏幕的厚度减半(从9mm降到4.5mm),重量减轻26%,而且还可以节省50%的耗电,其唯一的不足是目前成本比CCFL高2.38美元,因能减轻重量和节电预计用户还是可以接受的。据估计,2007年有8%的笔记本电脑采用LED作为背光,而2007年笔记本电脑的预计产量为8500万台,采用LED作为背光的笔记本电脑将达到680万台,这一数据还有望突破。LCD-TV和笔记本电脑可望采用LED取代CCFL背光的趋势已经十分清晰。2009年LED驱动Ic出货量将达9.1亿颗,年复合成长率将达32%。

LED驱动IC目前市场需求

LED驱动IC目前市场需求按应用来分基本有三大类,一是用于消费性电子产品的,其应用特点是以电池为能源,一般为4.2-8.4V,因此低电压、小电流的LED驱动器是目前量大面广的产品;二是用于汽车照明产品,因其电源来自汽车蓄电池,一般是48V,所以需要较高电压降压的LED驱动IC;三是建筑装饰照明和家庭照明,则需要将AC能直接变换成DC的LED驱动IC,主要功能是将交流电压转换为恒流电源,并同时完成与LED的电压和电流的匹配。因而不同应用的LED驱动IC是完全不同的。

消费性电子产品的LED驱动器拥有比较成熟的技术、产品和相对成熟的市场。2007年全球手机市场使用LED驱动IC达6亿颗,2008年将继续增长。

汽车照明产品使用的LED等的数量较多,大多是串、并联驱动,需要较高的电压,对于取自48V汽车蓄电池的电源来说是十分方便的。目前能耐60V高压的LED驱动器新品推出已较多。因而在汽车前装市场直接采用LED的仪表板背光、前后雾灯、第三刹车灯、方向灯、尾灯的市场十分看好和乐观。

建筑装饰照明和家庭照明,则需要将AC能直接变换成DC恒流源的LED驱动IC,目前还不能提供单个$OC的集成电路产品,大多数是模块电路。建筑装饰照明在国内各大城市应用已十分广泛,节能效果显著。社会对家庭用LED照明灯需要量将是一个天文数字,但目前的家庭用LED照明灯技术和生产成本离大批量生产还有一定的距离,尚需努力。

LCD背光用LED工作原理

要设计LED驱动的应用电路,首先要了解LED的工作原理。LED工作的主要参数是VF、IF,其它相关的是颜色、波长、发光亮度、发光角度、效率、功耗。VF前降电压是为LED发光建立一个正常的工作状态。IF前降电流是促使LED发光,发光亮度与流过的电流成正比例。LED VF标称电压:3.4V土0.2。LED IF工作电流按应用需要选用,LED产品的IF从5-500mA。以手机为例,手机键盘背光使用电流为5-10mA、LCD背光使用电流为15―20mA、相机闪光灯使用电流为100-500mA它们的IF都不相同,各挡LED不能混用。

消费性电子产品常用LED驱动IC

消费性电子产品LCD屏的背光一般是2-8颗LED灯,并联或单颗供电的应用居多。自2000年来,消费性电子产品常用LED驱动IC有DC/DC开关稳压器(Boost)、电荷泵(Charge Pump)、恒流源(Constant)和低压差稳压器(LDO)。

DC/DC开关稳压器是用电感器来储存电能的,而电感器容易发射开关频率,易对射频(RF)发生新的干扰,因此在手机产品中用得较少。电荷泵也是一种开关稳压器,但它是用电容器作电能储能,因而不会发射开关频率,在手机产品中占了最大的份额。LED发光要求IF恒流,恒流源就是针对这个市场而特别设计、生产的,恒流源的价格是电荷泵的50%,因而近年来在普及型手机产品中也占有一定的份额。普及型手机产品苛求成本下降,手机背光驱动单元尚可榨油的就是降低LED驱动IC的成本,大多数手机的关机电压设计在电池电压降至3.3V时,因此恒流源就设计成在4.2V-3.3V时叵流输出20-30mA,3.3V以下输出电流急降。电荷泵的卖点是效率(η),但大多数电荷泵在4.2V-3.3V时其转换效率并不高,当电池电压降到3.0V-2.5V时它的转换效率能达85-90%,可惜在目前大多数的手机方案中并不能发挥其优势:LDO是一个性能很好的低压差稳压器,输出电压稳定,当负载不变时,它流过负载的电流也恒定,基于此原理LDO也是一个很好的LED驱动器。就目前手机用LED驱动IC而言,一个DC/DC(Boost)的售价是USD0.12-0.15,一个电荷泵的售价是USD0.20-0.25,一个恒流源的售价是0.09-0.12,一个LDO只几分美金,对于降低手机背光驱动单元成本,有一定的空间,今年来不少普及型手机都已选用。手机背光LED驱动芯片的演变如图1所示。手机LCD背光如图2。

手机除了彩屏背光需要LED驱动IC,手机的键盘背光,手机相机的闪光灯也需要LED驱动IC。其特点是低电压、小电流,因

为是以电池为能源的。

没有RF部分的消费电子产品的LCD屏背光驱动可以选用DC/DC开关稳压器,LED一般是N串联+N并联使用,工作电压略高,工作电流较小。多个LED的串并联可作较大的LCD屏背光源,如图3LCD电子灯箱。此外,还有如LED手电筒。

移动手持显示产品背光LED驱动IC的选择

移动手持显示产品背光LED驱动IC的选择,桉LCD的面积来设定需要LED点光源的个数;按LED的N串N并的点亮方式来选择不同工作原理、不同输出能力的LED驱动IC;1.8英寸-3.5英寸手机用LCM其LED点光源是2-4颗LED;3.5英寸-8.0英寸MP3/MP4/PDP/GPS/PND/DPF用LCM其LED点光源是6-28颗LED;12.1英寸-15.4英寸笔记本电脑用LCM其LED点光源是48-60-72颗LED;手机有RF怕干扰,因此大多数不选用以电感器为电能储存器的DC/DC Boost;没有RF的消费电子产品,大多选用DC/DC Boost,因其能输出较高电压,和有较高效率;常用LED驱动IC有电荷泵(Charge Pump)、恒流源(constantcurrent)、电感升压开关稳压器(DC/DCBoost)。背光LED驱动IC的选择如表1。

家庭用LED照明灯驱动器

家庭用的照明灯目前还没有成熟的产品,家庭用的照明灯的功率要求10W以上。目前市售的1-5W LED灯在家庭只能作为壁灯和辅助照明用,因为他们的亮度还达不到白炽灯、荧光节能灯的要求,还不能作为书写阅读照明用。现在的高亮度LED灯价格十分昂贵,非一般老百姓能享用的。

白光LED技术突飞猛进,用作照明灯源的单颗芯片的LED,其功率越做越大,已经’大批量生产投放市场的有1W、3W、5W、10W、20W、30W、50W、100W,发光亮度最大已达到44001m。大功率照明用LED其封装从成品来看是单颗芯片的,其实是用N颗LED管芯封装在一个单位里的(如图4)。它们的排列组合是串并联,它们是N个串联,再N个并联,然后由二点联接电源。大功率照明用LED的大批量生产给最终生产照明用LED灯创造了必须的条件和物质基础。

高亮度和大功率LED,照明灯进入家庭用在应用技术上还有技术瓶颈亟待解决,主要是芯片散热(热量管理)、发光亮度(流明)和EMI/EMC,成本下降也是一个关键问题。家庭照明用LED驱动IC技术还在攻坚中,驱动芯片需要采用700VBCD高压工艺;芯片内的MOSFET要做好热量管理,要考虑驱动IC的散热设计;AC到DC恒流源各功能芯片整合在一个封装内的SOC需要创新一个新的电源芯片模式。家用LED照明灯样品如图5。

近年MR16射灯,其发光源已从低效率的卤素灯泡顺利过度到绿色节能、高效、长寿命的LED IC。MRl6射灯使用12V的AC/DC电源,使得低电压、大电流的LED驱动IC迅速进入灯具行业,降低了应用技术的门槛。ACl2V经四个SS14桥式整流即有14-18V的直流可供PT4115 LED驱动IC工作,可点亮一颗3W或三颗1W的高亮度LEDIC,系统应用器件很少,是十分经济有效的方案。图6是PT4115应用电原理图,图7是MR16射灯新恒流源板实物。

开关电源式恒流源可能是AC到DC恒流源比较有效的方法之一。开关电源的效率高达65%-85%。电源效率的提高使设备制造商得以将待机电流降低到Energy Star(能源之星)和Blue Angel(蓝天使)认证所需的水平。

家庭用的照明灯采用白光LED是科技发展的必然趋势。家庭用白光LED照明灯发光效率高、使用寿命长是不争的事实,只是目前还需等待产业化生产的技术成熟和成本的进一步下降。荧光节能灯从产品诞生到进入千家万户百姓家庭普及也差不多经历了十年的时间。家庭用照明灯的发光效率及平均寿命比较如表2。

欧美等国在2007年2月和3月分别通过政府决议,在未来二年逐步取消白炽灯,提倡使用节能灯和LED照明灯。由此,LED照明灯进入千家万户揭开序幕,其市场需求量将是一天文数字。集成电路和灯具厂商纷纷开始行动,奔向这个巨大市场。

led照明技术篇4

1前言从1907年发光二极管的发明到1995年蓝光LED的成功开发,半导体照明经历了曲折的过程。其中包括在蓝光LED研发过程中,碳化矽(SiC)与氮化镓(GaN)“阵营之争”。LED经过前期发展的技术准备,目前已经进入了快速成长期。由于白光LED的诞生和发光效率的大大提高,LED开始进入商业照明领域。目前世界上从事LED技术开发、生产的厂商数量众多,规模不一,LED照明已进入商业化应用阶段。作者根据香港真明丽集团的开发经验,向读者推荐两类比较有前景的LED商业照明产品,期望能为广大读者及时地提供LED在商业照明应用方面的信息。2 LED灯泡目前家用照明灯主要是白炽灯、荧光灯及节能荧光灯。文章将从多个角度对大功率LED灯泡与目前常用的家用照明光源进行比较。2.1健康性2.1.1光线的稳定性如果灯光仅能保证亮度却存在频闪、光线不够稳定,那么这样的灯具同样是不理想的。当频闪超过一定范围时,人们会产生视觉疲劳,而长期的视觉疲劳会对人的视觉系统造成损伤。长时间在这种照明环境中阅读或工作会损伤眼睛,并有眼胀、头痛等不适症状。在电脑日益普及的今天,许多人在灯光下使用电脑,通常电感镇流器荧光灯的频闪和荧光屏的帧幅闪动(每秒更换画面50~100次)重叠,形成光共振,对人的视觉系统伤害更大。所以,欧洲电工委员会在1997年就禁止在有电脑荧光屏的办公室安装使用电感镇流器的荧光灯,以保护电脑操作人员的健康。但是我国目前对此尚无相应法规,尚未引起人们的重视。但随着“城市灯光综合症”发病率的日益增高,相信有关法规的出台只是时间问题了。而LED的优点之一就是无任何频闪。2.1.2光线质量由于LED光谱中没有紫外线和红外线,故不产生有害辐射,不会给人眼带来负面影响,长时间阅读或工作也不会出现眼睛发疼发胀的症状。2.1.3显色性与荧光灯相比,大功率LED灯的显色指数高,通常在80左右。这样有利于缓解人眼的疲劳程度,对保护视力有很大帮助。根据以上分析,大功率LED灯泡的使用有利于人们的身体健康。2.2经济性用白光LED制成的照明灯节能、寿命长。为了说明问题,笔者将发光亮度基本一致的三种灯在使用中作了节电及经济性的比较。这三种灯分别是3W的白光LED灯泡、5W的节能荧光灯和25W的白炽灯泡。这三种灯都采用220V市电供电。在计算中,3W的白光LED灯泡按5W计算(其中有2W是电路损耗),5W的节能荧光灯按7W计算(2W是镇流器及电路损耗)。计算的结果如下表所示。通过分析可以知道,虽然LED的价格比较贵,但是这种价格上的差异只存在于投资初期。如果从整个使用周期考虑,LED灯的费用既低于白炽灯,也低于节能灯。三者之间的差异不仅在于费用,还在于对能源的节省、对环境污染的减少。如果全国有1亿只3W白光LED灯替代了25W白炽灯泡,则在50000h的使用时间中可节省电能1000亿千瓦时,减少煤耗约3600万吨,减少二氧化碳排放约1亿吨。此之外,大功率LED灯还具有抗震能力强、绿色环保等优点。图1是香港真明丽集团开发的一款大功率LED灯,可作为家庭照明使用。3 LED面板灯LED作为背光源已应用于按键键盘、平板显示器及小尺寸液晶显示器。但是,LED作为背光源应用于照明却是一个新的方向。香港真明丽集团于2006年开发出LED面板灯。该产品具有以下性能。3.1健康性LED面板灯除具备光线无频闪、光谱无有害辐射等LED灯的一般性优点之外,还具备光线均匀柔和、无眩光等突出优点。这类LED面板灯以高透光率亚克力为导光材料,光源结构采取侧射式,经过导光面板上下两面的光学设计调制成面光源分布。由于LED面板灯的

led照明技术篇5

LED企业的潮流新宠

CSP是2007年由Philips Lumileds推出来,其后一直没动静,直到2012、2013年开始才成为LED业界最具话题性的技术。飞利浦、科锐、三星等企业被认为是CSP巨头。

在韩国,三星出货量最大的LM-131A的芯片尺寸是0.78mm×0.78mm,封装尺寸是1.42mm×1.42mm,严格来说不满足CSP封装尺寸要求,所以称为CSP似乎有点不严谨。三星在今年推出的第二代芯片级封装器件CSP,尺寸达到1.2mm×1.2mm,比第一代CSP缩小30%,同时性能却提高了10%。三星LED中国区总经理唐国庆表示CSP将是三星2015年重点发展产品。首尔半导体则宣称1.9mm×1.9mm以及1.5mm×1.5mm的CSP芯片已实现批量生产。

在日本,东芝在去年推出一款尺寸仅为0.65mm×0.65mm的白光芯片级封装LED(CSP-LED),号称行业最小。日亚的覆晶封装(FCCSP)产线预计今年10月起即可每个月达数千万颗的初期产能,目标在未来3-5年内将覆晶封装LED推上市场主流位置。

在台湾,隆达电子去年发布首款无封装白光LED芯片,并已小量试产;今年又宣称发布业界最小CSP无封装UVLED封装产品。台积电则向业界分享了“WLCSP封装可靠性”的内容,其技术水平引起业内关注。

在国内,CSP仅限在话题性,真正展出的产品不多,天电、德豪润达、晶科等LED企业表示将陆续推出CSP产品。国内最先将倒装技术应用于白光LED的是江苏长电,而真正开创倒装无金线封装新潮流的是广州晶科电子。晶科电子总裁特助宋东表示,晶科的LED无金线倒装技术已大量应用在大功率路灯、电视机背光系列、手机闪光灯系列,在全球市场中大约已经占了10%左右的份额。宋东还披露:“晶科电子在前些年已经开始对芯片级光源也就是CSP进行研发了,经过了这几年的技术处理今年已经成功实现批量化生产,而且已经得到了大量的应用。在未来我们大概会有超过40%-50%的市场份额。”

最近值得关注的另一家国内企业是立体光电。6月份,广东朗能入股立体光电公司,并举办了CSP专用设备揭幕典礼。立体光电是从去年年初开始以CSP技术及解决方案吸引业内的目光,有说法认为它是全国第一家能够将无封装芯片批量使用的企业。立体光电总经理程胜鹏在与三星签约合作协议时表示,2015年将会是无封装芯片推广应用的元年,未来两三年内相信无封装芯片会大行其道。

优势凸显的封装技术

立体光电总经理程胜鹏表示CSP具有诸多优点:1、稳定性更好,没有了金线和支架,故障率更低。安装、运输、储存过程中损坏的几率大幅降低,减少生产损耗。2、尺寸更小,光密度更高,更利于光的控制。3、热阻更低,直接接触芯片底部镀焊盘,减少热阻层。4、灵活性更好,可以任意组合成各种功率和串并数。5、性价比更高,减少了支架和硅胶的用量,减少了封装这一流通环节,整体成本降低。

CSP被支持者认为是LED未来的发展趋势。首先,从性能上来看,不仅解决封装体积微型化的发展与改善散热问题,而且能够实现单个器件封装的简单化,小型化,可以大大降低每个器件的物料成本,所以量产实现的产能很大。其次,从现有发展模式上来看,行业发展从“芯片厂+封装厂+应用商”模式走向“芯片厂+应用商”的模式,省去封装环节,缩短产业链,是会降低整个流通成本,让LED价格更贴近百姓。最后,从以前封装制程来看,高功率封装以thinfilm晶片为基础,再将晶片贴合到陶瓷基板上,再进行荧光粉涂布,而中低功率封装则多以水平晶片为基础,使用导线架并且需要打线制程,或是采QFN封装型态,在喷涂荧光粉的方式进行。而CSP技术为高功率与中功率封装型态带来新选择。

不同的声音来自对“无封装”、“免封装”这一命名的质疑。在市场上许多人称“白光晶片”为“免封装晶片”,事实上,LED产业从未出产过不需要封装就能使用的晶片。免封装之所以不可行,主要理由是封装后的线路,无论是打线或倒装型式的电联结区域,都会因暴露在含水的空气中氧化,进而失效。为了不让电联结失效,无可避免地要用隔水隔气的透明材质包裹于晶片与焊接区外,以完成LED光学元件。由于倒装晶片采取共金焊接加工,取代典型打线制程,荧光层则包覆于作为出光窗口的蓝宝石及晶片侧壁上,因此外观看来似能免除封装的大部分程序。而实际运用上,无论是为了光型还是为了出光率,采用适当折射率的透明胶体作外封介质,都是必要的。所以,“免封装”自始至终都不曾存在。

质疑者还指出,CSP从本质上看仍旧处于原有提升lm/$的轨迹上,无非还是抢占了其它封装的市场份额,一没有拓展行业生存空间,二也没有降低行业竞争压力,即使实现了2500lm/$,也没有什么价值。支持者则强调,最早使用CSP的是背光和闪光灯,目前苹果和三星的手机闪光灯都是使用CSP无封装芯片,三星和LG的超薄电视部分使用的CSP无封装芯片;在照明行业,CSP因为体积小,灵活度高,应用范围非常广泛。

关于CSP技术对LED封装产业的影响,在理论上,LED封装厂取得白光晶片后,就不再需要为了混光配色大伤脑筋。配色的责任将上移到晶片制造端,只要封装端控制好进货,库存或废料风险就能有效降低。顺着这个思路,接下来只要白光晶片货源稳定,封装厂可减少混光配色的制造程序与资本支出。整体看来,白光晶片的出现似对封装业者有利。但免除了旧风险,新风险接踵而至:当混光配色的责任上移到了晶片制造端后,封装厂的重要性也将随之减少。因此白光晶片,按理说,将会对LED封装产业造成很大的冲击。

声称掌握CSP技术的LED企业也认为对当前的“CSP热”要理智看待。晶科电子总裁特助宋东说:“CSP不是万能的,它是针对不同的产品有不同的应用,适合你的,你这个产品才有市场;不适合你的,你这个产品就没有市场。最终还是要靠消费者市场来决定。”他还表示,“针对不同的产品来做倒装的无封装技术,就像我们的日光灯、广告球泡灯就不适合用这这种无金线产品,但是针对电视机和路灯以及手机闪光灯就比较适合。不同领域需求是不一样的,对产品的定位也不一样。我认为每种封装方式在不同的领域中都各有优势。”

鸿利光电总经理雷利宁坦陈,CSP封装技术面临着诸多技术难点,包括封装工艺的难易度不同、如何选取工艺,不同工艺性能的差异如何来进行优化,CSP产品的尺寸是多样化的、怎么样实现一个标准化的推广,是否存在更具有突破性的工艺等一系列的问题。业内人士指出,CSP产品价格相对于照明领域产品仍在较高价位,并且很多企业并未能实现量产,但其应用于LED背光领域、手机闪光灯的市场一直在增长。在CSP产品的良率和成本问题还未得到解决之前,在照明领域,SMD封装等这一性价比极高的技术仍将会是主流。

沸沸扬扬的业界声音

鸿利光电总经理雷利宁:

“我们必须直视和面对CSP的来临,我们也在做技术突破和努力。”

易美芯光(北京)科技有限公司执行副总裁刘国旭:

“目前CSP的发展暂时没有一个标准,大家的尺寸不像中功率2835、4014、5630那样都采用同样的标准。

若形成一个标准,它的推广将会加速。照明要使用CSP可能还需要一些时间,或需开发更小尺寸的CSP。”

广东省半导体照明产业联合创新中心主任眭世荣:“从技术方面看,无封装芯片具备稳定性好、光色一致性好、热阻低等优势,与此同时,无封装芯片也十分符合我国当前LED产业产品标准化、组件化的发展大趋势。”

三星电子执行副社长谭昌琳:

“一项产业新技术从诞生到落地,需要很多配套,能让业界快速使用到产品,而未来CSP将是芯片领域的趋势。对此三星将不断努力创新,明年将推出全新的碳化硅衬底,这将是一个新纪元的开始。”

亮锐(Lumileds)亚洲区市场总监周学军:

“如果未来不能够掌握CSP技术及产品的话,可能会面临淘汰的危险。CSP技术进入的门槛非常高,超越照明行业原先一把螺丝刀所能解决的范畴。”

科锐中国区总经理邵嘉平:

“目前CSP无封装芯片已应用到背光屏幕、通用性照明等领域,相信随着CSP不断创新完善,未来将在闪光灯、汽车灯、显示屏等领域拥有更大的发展空间,创造出更大的价值。”

晶能光电总经理梁伏波:

“CSP无封装技术早几年就已应用到显示屏领域,但由于各种因素使得芯片有好地方,也有不好的地方,让人很头疼。”

台湾晶元光电行销中心协理林依达:

“芯片级封装并不是没有封装,至少看来还是没有办法做到免封装,所以不可能革掉传统封装的命,而且从LED产业发展至今,并没有一项封装技术完完全全替代另一项封装技术。”

德豪润达芯片事业部副总裁莫庆伟:

led照明技术篇6

LED 光源在照明领域的应用,是半导体发光材料技术高速发展及“绿色照明”概念逐步深入人心的产物。“绿色照明”是国外照明领域在上世纪 80 年代末提出的新概念,我国“绿色照明工程”的实施始于 1996 年。实现这一计划的重要步骤就是要发展和推广高效、节能照明器具,节约照明用电,减少环境及光污染,建立一个优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境的照明系统。 一、 LED 照明概念 LED ( Lighy Emitting Diode ),又称发光二极管,它们利用固体半导体芯片作为发光材料,当两端加上正向电压,半导体中的载流子发生复合,放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。 (一) LED 的发展历史 应用半导体 P · N 结发光源原理制成 LED 问世于 20 世纪 60 年代初, 1964 年首先出现红色发光二极管,之后出现黄色 LED 。直到 1994 年蓝色、绿色 LED 才研制成功。 1996 年由日本 Nichia 公司(日亚)成功开发出白色 LED 。 LED 以其固有的特点,如省电、寿命长、耐震动,响应速度快、冷光源等特点,广泛应用于指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等领域,在我们的日常生活中处处可见,家用电器、电话机、仪表板照明、汽车防雾灯、交通信号灯等。但由于其亮度差、价格昂贵等条件的限制,无法作为通用光源推广应用。 近几年来,随着人们对半导体发光材料研究的不断深入, LED 制造工艺的不断进步和新材料(氮化物晶体和荧光粉)的开发和应用,各种颜色的超高亮度 LED 取得了突破性进展,其发光效率提高了近 1000 倍,色度方面已实现了可见光波段的所有颜色,其中最重要的是超高亮度白光 LED 的出现,使 LED 应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。曾经有人指出,高亮度 LED 将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后,最伟大的发明之一。 (二) LED 发光原理 发光二极管主要由 PN 结芯片、电极和光学系统组成。其发光体——晶片的面积为 10.12mil ( 1mil=0.0254 平方毫米),目前国际上出现大晶片 LED ,晶片面积达 40mil 。 其发光过程包括三部分:正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中,当电子经过该晶片时,带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合,电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量(带隙)越大,产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应,可见光的频谱范围内,蓝色光、紫色光携带的能量最多,桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙,从而能够发出不同颜色的光。 LED 照明光源的主流将是高亮度的白光 LED 。目前,已商品化的白光 LED 多是二波长,即以蓝光单晶片加上 YAG 黄色荧光粉混合产生白光。未来较被看好的是三波长白光 LED ,即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三颜色荧光粉混合产生白光,它将取代荧光灯、紧凑型节能荧光灯泡及 LED 背光源等市场。 (三) LED 光源的基本特征 1、发光效率高 LED 经过几十年的技术改良,其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为 12-24 流明/瓦,荧光灯 50 ~ 70 流明/瓦,

led照明技术篇7

关键词:LED技术;照明工程;前景分析

中图分类号:TB494 文献标识码:A

引言

LED照明对环境没有污染,是一种难得的绿色光源。由固态的半导体器件组成,它可以实现将电能转化在光。与普通的白炽灯、荧光灯等相比,具有体积小,耗电量低,使用寿命长,色彩丰富,环保且具有良好的抗震性等优良性能。这些无疑都决定了LED在现代照明市场上处于领先优势地位,成为了理想的光源。

一、LED绿色照明的性能特点

1、LED(LightEmittingDiode),发光二极管,简称LED,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。因其具有长寿命、利环保、高光效、低能耗、体积小、坚固耐用、安全性高等特点,所以被公认为21世纪的“绿色照明”,是当前全球最具发展前景的照明技术之一。

2、绿色照明是指通过科学的照明设计,采用光效高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品,改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量,从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。

3、LED绿色照明工程的基本性能特点是:节能、高效、舒适、安全、环保、寿命长久。而实现绿色照明工程就是要发展和推广高效、节能照明器具,节约照明用电,减少环境及光污染,建立一个优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境的照明系统。照明灯具中,白炽灯使用近一百年,但它的寿命短、能耗大,荧光灯虽然光效高,但它含汞而有害金属,污染环境。照明灯具正逐步走向节能、高效、环保、长寿命的LED照明灯具。

二、LED光源与传统常用建筑照明光源优势分析

1、光效高:LED光效目前即可达到100~120流明/瓦,超过大部分传统的光源的光效。对于高光效的荧光灯及高压钠灯,因LED定向性强,且可以通过二次配光控制,整灯光效高于于传统灯具,这是LED目前相对于传统照明光源最大的优势之一。

2、节能:LED耗电量低,比同等亮度及照明亮化效果的普通节能灯耗电减少约50%~80%。据不完全统计全国718个城市中已经存在着的13723万盏照明灯具,如将这些照明灯具都规划改造成LED灯具,可想而知节能空间有多么巨大。

3、环保:无有害金属汞,是绿色环保光源。有效减少SO2、CO2等污染气体排放,根据国家发改委给出的相关数据统计得出:

每节约1度电,就相应节约了0.4千克标准煤,减少污染排放0.272千克碳粉尘、0.997千克二氧化碳(CO2)、0.03千克二氧化硫(SO2)、0.015千克氮氧化物(NOX),节约1度电=减排0.997千克二氧化碳=减排0.272千克“碳”。

4、寿命长:LED是固态半导体光源,依靠半导体P-N结发光,不存在灯丝发光易烧、热沉积等缺点,使用寿命可达10万小时,是普通灯泡的5~10倍,LED灯具具备更长的质保期。

5、安全可靠:低电压直流驱动,驱动单颗LED的电压仅为2.5~3V,不易造成触电事故,即使损坏也不会产生电弧,防止火灾隐患。同时在相同截面积导线情况下所需电流更少,更有效减少因导线电流过大导致火灾事故发生。

三、LED照明应用现状

纵观我国当前规模庞大的照明市场,由于国民经济水平以及科技水平等因素,和一些欧美国家以及日本相比,虽然规模庞大,但从整体水平来看,主要以经营传统灯具如白炽灯以及荧光灯为主,且在技术上还需进行加强。结合2013年有关我国照明市场灯具的调查,比例最大的当属用来代替白炽灯和节能灯的球泡灯,其比重高达41%,紧邻其后的是射灯以及筒灯。LED主要涉及的照明灯具比如LED射灯、筒灯、球泡灯、直管灯、平面灯、路灯、隧道灯等都有应用。整体来看,2013年LED照明灯具的市场份额为0.4%;再结合整个照明市场的供求现状来分析,处于下游状态的主力市场进入大尺寸背光源拉动作用快速放缓,而且通用照明市场又尚未大规模启动,所以中间出现了一个空档期,基于这种情况,LED中上游环节产能快速开出,LED市场出现结构性的供大于求现状,平均价格大幅下滑,由此LED销售额的增长大幅回落。

四、LED产业发展的整体展望

(1)作为国家“十二五”重点发展的战略新兴产业,LED在节能减排、带动相关产业转型、转变经济发展方式等方面的作用将逐步加强。

随着我国经济的快速发展,经济发展与资源环境的莫顿日趋尖锐,根据我国《“十二五”能源和碳排放预测与展望》,“十二五”期间我国单位GDP碳排放量将累计下降20.7%。推进节能减排,发展低碳经济和包括半导体照明在内的绿色节能产业,不断扩大绿色消费已成为我国实现经济可持续发展的重要内容。随着LED节能减排作用的进一步显现,我国有望陆续出台更为有利的LED产业发展促进措施,其政策空间和市场空间都有很大的提升潜力。

(2)半导体照明市场需求将持续增加,技术继续提升,产业也将保持快速增长的态势,在未来10年内产业增长将得到有效的市场需求支撑。

与其他单一技术带动的产业发展不同,半导体照明技术的每一次提升都会带来不同的市场应用发展空间,这使得LED的发展周期长。就目前可以预计的市场需求来看,LED产业至少在未来10年内仍将保持快速发展。到2020年,预计LED产品光效将超过240lm/W,其在通信、农业、保健、生物等方面的应用领域也将逐步形成,见表3。

(3)半导体照明技术将带来产业发展模式的根本转变,我国传统照明产业格局将面临巨大的产业发展机遇和挑战。

作为第三代半导体技术,半导体照明产业的发展模式与半导体产业具有较大的相似性,而与目前的传统照明形成了巨大的差别,随着LED在照明领域的推广和普及,必将带来我国照明产业发展模式的革命性变革。LED作为新一代光源会为我国带来产业升级转型的巨大机遇,有望改变大而不强、品牌缺失的现状,打造真正的照明产业强国。

(4)LED产业格局将进行调整,产业集中度的提升、产业布局的进一步完善,产业发展的主动权将向少数龙头企业集中。

按照半导体相关产业的发展规律,大规模、集中化生产的格局将必然在半导体照明产业实现,我国整体产业格局必将发生巨大变化,企业的整合、产业的集中将是产业格局整合的主线。预计我国产业整合将最先从外延芯片环节开始。预计我国外延芯片的产能将逐步集中,形成少数龙头企业带动行业发展的趋势;LED封装行业的整合需求也非常强烈,大规模集中生产的模式是必然趋势,但行业的整合需要首先实现产品的标准化和模块化;应用产业格局较为复杂,产业整合将主要出现在成熟的应用领域,而在应用领域形成和探索方面,中小企业仍将活跃。

结束语

LED对环境无污染,且耗能少,色彩丰富。作为一种绿色光源,LED照明灯具具有远大的市场前景。目前由于其价格等方面的原因,未真正得到普及,更多的可能是应用在道路及隧洞中。因此要想其逐步向民用、住宅、室内发展扩张,必须不断进行技术的创新以及材料的试验探究,在成本上下功夫。

参考文献

[1]刘雁潮,付桂翠,高成,李细辉,王史杰.照明用大功率LED散热研究[J].电子器件,2008(6).

led照明技术篇8

论文摘要: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。 论文关键词:白光LED;室内照明;大功率 引言 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。 1、白光LED的产生机理 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。 2、LED灯具现状及其不足 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: 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。 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。 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)。 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。 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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