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1、LEDLED照明及光度与色度学基础照明及光度与色度学基础厦门市LED促进中心纲要纲要一、前言一、前言二、照明的三大要素二、照明的三大要素三、三、LEDLED照明照明四、辐射度学基础四、辐射度学基础五、人的视觉特性五、人的视觉特性六、光度学基础六、光度学基础七、色度学基础七、色度学基础八、八、LEDLED的光度与色度学问题的光度与色度学问题前言1、我们正处在驾驭光、享受光的时代照明是什么？过去：照明是电气，是照亮现在：照明是家具，是装饰、是光未来：照明是享受，是健康从照明工程到照明设计，从数量到质量的转变。半导体照明（LED）和光伏都是半导体器件，是 成长性高、发展快、影响大、需求迫切的产业；
2、是节能减排、循环经济的先导产业2、视觉的性质和认知决定对照明的量和 质的要求3、现代照明设计师是最稀缺人才辐射度学、光度学、色度学、视光学是设计知 识的基础。充分利用LED的特性，创新设计满足人们生理 和心理需求的个性化健康照明产品，是时代的 需要，是现代照明设计师的追求。光源照明是高科技朝阳事业历史上 : 1879年爱迪生发明 白炽灯是被公认为人类进入 现代文明社会的里程碑 !一、照明的三大要素物体亮度L（nt）照度E（lx）发发光强度I（cd）光源亮度 L（nt）光源主观观亮度光通量（lm）关键词键词 ：辐辐射学、光度学、色度学；亮度、照度、颜颜色 照明源被照物人眼电电源光源灯具控制器吸收
3、反射透射光泽泽度光谱谱特性生理效应应视见视见 函数大脑脑心理效应应生物效应应光洁洁度照明的三大要素能源管理照明的效率照明的效率光通量灯具照明设计设计照度、色温、显显色性被照物反(透)射率眼睛视觉视觉生理亮度、颜颜色大脑脑心理亮度、颜颜色生理效率照明系统统整体效率物理效率照明效率配光曲线线光源亮度、色温、显显色性电电源光源体效率灯具效率光效 眩光 色温 照度光强 配光曲线 平均寿命显色指数 流明系数色偏移 性价比 灯具效率 照明系统能效 照明功率密度能效标识 能源消费弹性系数“节能决定”涉及的制度规范非物理的、无法量化的主观感觉指标节能光源的主要技术指标资料来源：陈大华教授照明应应考虑虑 的 若
4、干问题问题光源和灯具 的发光效率 显色性 安全标准、性能标准、 能效标准人的生理 和 心理健康 照明应考虑的若干问题人眼通过照明源在被照物上的光线反射而人眼通过照明源在被照物上的光线反射而识别物体，在这三者的相互关系中主要涉识别物体，在这三者的相互关系中主要涉及到辐射度学、光度学、色度学等基础物及到辐射度学、光度学、色度学等基础物理学科和人的视觉认知科学，因此了解这理学科和人的视觉认知科学，因此了解这些基础学科对照明系统的认知与理解是很些基础学科对照明系统的认知与理解是很关键也是必要的。关键也是必要的。二、LED照明照明光源史第四代第三代第二代第一代第一代电光源：白炽灯（卤钨灯） 第二代电光源
5、：荧光灯（日光灯、节能灯） 第三代电光源：高强度气体放电灯（HID）第四代电光源：半导体发光二极管（LED）LED器件工艺p-Al0.15Ga0.85NIn0.2Ga0.8Nn-In0.05Ga0.95Nn-Al0.15Ga0.85NxEnergyP-GaN Mg p-Al0.15Ga0.85N:MgN-Al0.15Ga0.85N :SiN-In0.05Ga0.95N :SiIn0.2Ga0.8NN-In0.1Ga0.9N :SiN-GaN :SiGaN buffer layer(0001) sapphire substraten-electrodep-electrode电极 刻蚀前工序外延片
6、 AlGaInp、 GaN 基芯 片 AlGaInp、 GaN基超高亮度及白光LED（含专用显示器） 衬底 金属有机物源 高纯气体 高纯化学试剂高纯金属 高纯化学试剂 光刻胶 后工序各种不同 颜色、外型LED 封装 环氧树脂 高纯金丝、 硅铝丝 封装模具 银 浆 金属支架、 底座荧光粉 塑料零件 超高亮度及白光LED产业链 特种照明白光照明 白光照明 （大功率） 安全照明白光器件 （小功率）灯具、灯座、 金属、塑料 结构件 封装原料 电源变换器 其他主要应用面屏幕显示背光源汽车用灯交通信号灯装饰照明景观照明专用显示器仪器仪表显示其他显示控制、驱动电路显示单元金属、塑料 结构件 金属、塑料件导光
7、板线路板灯具结构件塑料件背光显示板金属、塑料结构件 线路板金属、塑料件线路板电源变换器导光板、管导光板、管超高亮度及白光LED产业链 前工序外延片 AlGaInp、 GaN 基芯 片 AlGaInp、 GaN基超高亮度及白光LED（含专用显示器） 衬底 金属有机物源 高纯气体 高纯化学试剂 高纯金属 高纯化学试剂 光刻胶 后工序各种不同 颜色、外型LED 封装 环氧树脂 高纯金丝、 硅铝丝 封装模具 银 浆 金属支架、 底座荧光粉 塑料零件 超高亮度及白光LED（含专用显示器） 特种照明白光照明 白光照明 （大功率） 安全照明白光器件 （小功率）灯具、灯座、 金属、塑料 结构件 封装原料 电源
8、变换器 其他主要应用面屏幕显示背光源汽车用灯交通信号灯装饰照明景观照明专用显示器仪器仪表显示其他显示控制、驱动电路 显示单元 金属、塑料结构件 金属、塑料件导光板 线路板灯具结构件 塑料件 背光显示板金属、塑料结构件 线路板金属、塑料件线路板电源变换器导光板、管LED的性能、特点：亮度高、寿命长：80100lm/w、25万小时低功耗节能省电：低电压、低电流色域宽色彩丰富：涵盖全部光波段、白色 光色纯光束集中：单色性好、发散角小响应快网络控制：可瞬时反复开关、智能调控体积小安全可靠：结构紧凑、固态抗冲击无污染绿色环保：无汞、气、玻璃、无红外、紫外辐射。世界各国的半导体照明计划 国家立项时间项目名
9、称项目预期目标预计效益美国2000年 国家半导体 照明计划 2010年白光LED100lm/w, 2020年200ml/w每年节省350亿美元电费，每年 减少7.55亿吨CO2，形成500亿美 元的大产业 日本 1998年 21世纪 光计划 2010年白光LED110lm/w可减少1座核电厂发电量， 每年节省10亿公升以上的原油消 耗 欧洲 2000年彩虹计划 通过欧共体的补助金推广LED 的应用 通过应用半导体照明实现高效、 节能、不使用有害环境的材料、 模拟自然光的目标韩国2004年 固态照明计划 预期2010年达到120lm/W 中国 台湾 2001年 次世纪照明光 源开发计划 2005
10、年白光LED40lm/w(实际达 到47lm/w)每年可节省110亿千瓦时，相当 于一座核电厂发电量 中国 大陆 2003年 国家半导体 照明工程 2010年白光LED100lm/w (130lm/w)建立半导体照明产业，全面进入 通用照明市场占有30%的 市场份额，实现节电30%以上， 年照明节电1000亿千瓦时以上。 美国半导体照明光源发展目标：技术SSL-LED 2002SSL-LED 2007SSL-LED 2012SSL-LED 2020白炽灯荧光灯发光效率（lm/W)25751502001685寿命（KHr)2020100100110光通量（lm) 2520010001500120
11、03400输入功率（W)12.76.77.57540光通量造价（$/klm)2002080809575照明市场替代情况小功率、低光 通量市场白炽灯荧光灯全部 国际LED产业发展趋势1、加快高端技术 研发，抢占半 导体照明制高点2、技术创新与 开发速度加快发展趋势3、市场快速成长， 新的应用领域 不断涌现4、产业链中成 熟技术逐渐向成 本低的地区转移5、跨国公司 加强战略联盟， 通过专利授 权等手段垄 断高端市场（一）、LED芯片大厂的技术竞争1、Cree量产：114 lm/W，效率：430 mw/W实验室：150 lm/W，单颗：4A，1000 lm2、Nichia量产100 lm/W，实验室
12、：191 lm/W 3、Philips （Lumileds）量产：112 lm/W，单颗：1A，220 lm热阻：5.5 C/W，1.4A，250 lm4、中村修二白光：129 lm/W，预计2015年达到150 lm/WLED技术的发展（二）、不同色温的白光LED比较1.Cree5000-10000K 3700-5000K 2600-3700K101lm/W 84lm/W 78lm/WCRI=93 ? ?2.Nichia5500K 4200K 3500K 2800 K100lm/W 86lm/W 80lm/W 74lm/WCRI=92 65lm/W 60lm/W 55lm/WAC LED不用
13、其他驱动电源直接用交流驱动驱动电压宽：100V到240V超宽供电范围设计寿命：35000小时以上工作频率：50/60太阳能光伏与LED的完美结合太阳能电池是光电半导体转换器件LED是电光半导体转换器件LED和太阳能电池都是低电压、低电流、直 流，两者结合是最科学、最合理的匹配。太阳能光伏（太阳能光伏（PVPV）（一）、太阳能光伏的原理（二）、太阳能电池的分类 太阳能电池硅化合物晶体非晶体单晶多晶薄膜式多晶铟硒铜、碲化镉砷化镓、磷化铟单结晶体 电池CSi GeAs InP24.7 25.1 21.9多结晶体薄膜单结GaInP/GaAs/Ge叠层 CdTe CIGS31.0 16.5 18.9薄膜
14、多结 光电化学a-Si/a-SiGe叠层 染料敏化TiO213.5 11.0聚光电池 有机电池点接触硅PC电池（100X） 酞菁铜/C60双层电池28.3 3.6已报道最高电池效率 （Green等，Sinton等）柔性衬底薄膜太阳电池 柔性太阳电池主要涉及非晶硅（a-Si:H）、铜铟 镓硒（Cu（In、Ga）Se2，CIGS）和碲化镉（ CdTe）光伏电池和集成组件 与平板式晶体硅、玻璃衬底的薄膜电池等硬衬底 电池相比，其最大的特点是重量轻，可折叠，不 易破碎，并具有较高的质量比功率（500W/kg）便于艺术造型。柔性太阳能材料特点耐高温重量轻柔韧可弯曲 持久耐用耐遮影无玻璃柔性太阳能电池板普
15、通玻璃封装太阳能电池板3232太阳能在发电、路灯照明和市政交通等方面的应用： 太阳能与LED的结合厦门市筼筜湖560盏太阳能LED庭院灯项目LED的应用标 识显 示照 明警示标记识别文字图像显示屏特种照明 背光源 汽车照明 夜景照明 普通照明LED的应用全色显示交通灯手机汽车面板和照明LED 光源LCDLCD背光源色彩效果对比：背光源色彩效果对比：LED的广泛应用 建筑物照明奥运水立方，奥运水立方，使用Cree公司49.6万只1W XLamp LED 发出变幻迷人的光彩。奥运效益带动LED应用于未来建筑景观照明，2010 年中国高亮度LED建筑景观照明市场规模将达200亿 元人民币，LED成为地方形象发展之朝阳产业。 LED夜景工程 中小尺寸LED背光源市场渗透大幅提升 710寸面板用LED背光源成本接近于CCFL，预估2008年710寸LED背光源市场渗透率将由50%跃升至64%左右，整体白光LED需求达10.54亿颗。 LED NB背光源 LED NB有3大优势：、较传统CCFL厚度减少约1/2；、可节省2030%电力；、与传统CCFL价差拉近。全球白光LED NB渗透率约8%。未来预估15寸以下产品将大幅使用LED背光源
