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1、LED照明知识 光度学与色度学,183850992,纲要,一、前言 二、照明的三大要素 三、LED照明 四、辐射度学基础 五、人的视觉特性 六、光度学基础 七、色度学基础 八、LED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；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、
2、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）,发光强度I（cd）,光源亮度 L（nt）,光源,主观亮度,光通量（lm）,关键词：辐射学、光度学、色度学；亮度、照度、颜色,照明源,被照物,人眼,电源,光源,灯具,控制器,吸收,反射,透射,光泽度,光谱特性,生理效应,视见函数,大脑,心理效应,生物效应,光洁度,照明的三大要素,能源管
3、理,照明的效率,光通量,灯具,照明设计,照度、色温、显色性,被照物,反(透)射率,眼睛视觉,生理亮度、颜色,大脑,心理亮度、颜色,生理效率,照明系统整体效率,物理效率,照明效率,配光曲线,光源亮度、色温、显色性,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识别物体，在这三者的相互关系中主要涉及到
4、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。,二、LED照明,照明光源史,第一代电光源：白炽灯（卤钨灯） 第二代电光源：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,电极 刻蚀,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
5、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
6、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
7、,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,美国半导体照明光源发展目标：,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
8、,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 lm 2、Nichia 量产100 lm/W，实验室：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 lm 4、中村修二 白光：129 lm/W，预计2015年达到150 lm/W,LE
9、D技术的发展,（二）、不同色温的白光LED比较,1.Cree 5000-10000K 3700-5000K 2600-3700K 101lm/W 84lm/W 78lm/W CRI=93 ? ? 2.Nichia 5500K 4200K 3500K 2800 K 100lm/W 86lm/W 80lm/W 74lm/W CRI=92 65lm/W 60lm/W 55lm/W,AC LED,不用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
10、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（PV）,（一）、太阳能光伏的原理,（二）、太阳能电池的分类,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
11、电池板,普通玻璃封装太阳能电池板,32,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,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,LCD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，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
12、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。预计2012年90用LED NB背光源。,商用照明 商业照明应用： 、广范的商品照明，如条状照明灯； 、重点式商品照明，如化妆品展示灯或珠宝聚光灯等。 LED
13、商业照明可广泛用于超市、银行、连锁店、机场、火车站、隧道、地铁站与展览场所等。由于商业使用照明的时间较长，将较一般住家照明容易推广与使用。, LED汽车应用,2008车内灯预计占车用LED市场40%、煞车灯占32% 。, 三大奥运激LED广告牌需求,LED招牌广告牌 LED较传统霓虹灯比较有安装、环保、节电，取代传统霓虹灯成为招牌广告牌之主。 LED显示广告牌 LED显示广告牌是奥运亮点，推动显示广告牌2010达120亿人民币。,全球可视化与显示解决方案大型LED显示屏幕亮相上海体育场。（面积达391平方米 ）,2007年12月27日，全彩高清LED显示系统在五棵松奥运篮球馆安装完毕，净高9.
14、042米，最大直径约为11米，重22吨。,LED照明光源的应用,数字化色光技术及应用产品 舞台灯、水下变色灯、医疗用灯等； 特种照明场所 低温度照明场所：冷库、冷柜、冰箱； 应急照明； 户内外广告照明； 低照度照明：草坪灯、庭院灯、廊灯、门牌灯； 普通照明 便携式照明； 阅读照明：飞机、汽车、台灯； 室内照明：高度4m以下，同时对光效、色温、显色 性都有要求； 道路照明 要求：低色温：3000K左右； 总光通量：10.5m宽次干路15 lx照度，要求光源总 光通量25000 lm以上（灯具效率70）。,国际照明大厂的扩充整并,近期国际大厂扩充策略：上下游供应链整合、企业与企业间的交叉授权、新产
15、品开发、扩充产品应用与建立产业交流平台等，借此巩固在LED照明产业的地位。, 荷商Philips为LED照明领导厂商,Philips收购Lumileds股权，掌握LED高功率芯片的来源； 2007年2月以7.04亿美元完成收购欧洲家用照明设备制造商Partners in Lighting International； 2007年3月以7500万美元收购加拿大白光LED制造商TIR Systems； 2007年8月以6.88亿美元完成对北美LED制造商Color Kinetics的收购案； 2007年11月再度以27亿美元收购北美灯具大厂Genlyte。, 2007年底Seoul Semiconductor与Osram签署交叉授权并计划推出新高亮度LED产品, Osram与Toyoda Gosei签订专利相互使用 Cree并购华刚于08年2月完成,2006年我国光源和照明有一万多家企业，产值达1600亿元人民币，为全国GDP的1。全球该领域营业额1600亿美元,我国出口100亿美元. 2006年产值：Philips 60亿欧元， OSRAM 42亿欧元 GE 28亿欧元 Matsushita Toshiba Iwasaki 等 35亿欧元,三、辐射度学基础,辐射度学是研究电磁辐射能测量理论和方法的一门科学，主要包括辐射量、立体角等物理
