LED照明基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)教材1目錄LED照明概述LED基本原理與特性LED芯片與封裝技術(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)散熱設(shè)計(jì)與熱管理策略光學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例總結(jié)與展望CONTENTS201LED照明概述CHAPTER3LED照明，亦稱發(fā)光二極管照明，屬于一種半導(dǎo)體固體光源。該光源通過固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光介質(zhì)，在半導(dǎo)體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)載流子復(fù)合并釋放多余能量，進(jìn)而產(chǎn)生紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白等顏色的光。定義經(jīng)過多年演變，LED照明技術(shù)從起初的低亮度、低效能，逐漸發(fā)展到如今的高亮度、高效能，并涵蓋了豐富多樣的顏色和形態(tài)。伴隨著技術(shù)的革新和應(yīng)用的廣泛，LED照明已逐漸成為現(xiàn)代照明行業(yè)的關(guān)鍵部分。發(fā)展歷程LED照明定義與發(fā)展4

LED照明應(yīng)用領(lǐng)域室內(nèi)照明LED照明可用于家庭、辦公室、商場(chǎng)、酒店等室內(nèi)場(chǎng)所的照明。其優(yōu)點(diǎn)包括節(jié)能環(huán)保、壽命長(zhǎng)、無(wú)頻閃等，逐漸取代傳統(tǒng)照明成為主流。室外照明LED照明可用于道路、廣場(chǎng)、園林等室外場(chǎng)所的照明。其高亮度、耐候性強(qiáng)等特點(diǎn)使得LED照明在室外環(huán)境中具有廣泛的應(yīng)用前景。特種照明LED照明還可應(yīng)用于舞臺(tái)、影視、攝影等特種照明領(lǐng)域。其豐富的色彩和靈活的控制方式使得LED照明在這些領(lǐng)域中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。5LED照明市場(chǎng)現(xiàn)狀與趨勢(shì)目前，LED照明市場(chǎng)已經(jīng)形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，包括芯片制造、封裝、應(yīng)用等環(huán)節(jié)。隨著技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用的拓展，LED照明市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈。市場(chǎng)現(xiàn)狀未來(lái)，LED照明市場(chǎng)將繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)。一方面，隨著全球?qū)?jié)能環(huán)保的重視，LED照明作為綠色照明的代表將得到更廣泛的應(yīng)用；另一方面，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，LED照明的性價(jià)比將進(jìn)一步提高，推動(dòng)市場(chǎng)的快速發(fā)展。同時(shí)，智能化、個(gè)性化等也將成為L(zhǎng)ED照明發(fā)展的重要趨勢(shì)。發(fā)展趨勢(shì)602LED基本原理與特性CHAPTER703發(fā)光效率與電流密度LED的發(fā)光效率與電流密度密切相關(guān)，適當(dāng)?shù)碾娏髅芏瓤商岣甙l(fā)光效率。01電子空穴復(fù)合發(fā)光電子與空穴在LED芯片的PN結(jié)處復(fù)合，從而釋放能量，并以光子的形式散發(fā)出光芒。02能帶結(jié)構(gòu)與發(fā)光顏色不同材質(zhì)的LED因其獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)差異，能發(fā)射出不同色彩的光芒。LED發(fā)光原理8LED的光譜分布決定了其發(fā)光顏色，不同波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)不同的顏色。光譜分布光源色溫以開爾文為單位，反映其光色，數(shù)值高表示光色偏冷。色溫概念調(diào)整LED芯片的材料與電流密度，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)LED色溫的調(diào)整。LED色溫調(diào)節(jié)LED光譜與色溫9123光源的明亮程度可以通過亮度這一物理量來(lái)衡量，其單位是坎德拉每平方米（cd/m2）。亮度概念光強(qiáng)度反映被照射物體表面的明暗程度，其計(jì)量單位是勒克斯。照度概念LED的亮度與照度成正比，亮度越高照度越大。LED亮度與照度關(guān)系LED亮度與照度10顯色指數(shù)是描述光源對(duì)物體顏色呈現(xiàn)能力的物理量，數(shù)值范圍為0-100。顯色指數(shù)概念LED顯色性能光衰現(xiàn)象光衰影響因素與延緩措施LED具有較高的顯色指數(shù)，能夠較好地還原物體顏色。LED在應(yīng)用過程中會(huì)經(jīng)歷光衰減，表現(xiàn)為其亮度隨著時(shí)間的推移而逐步減弱。LED光衰受多種因素影響，如芯片品質(zhì)、散熱方案等，對(duì)相關(guān)要素進(jìn)行改善能有效減緩光衰進(jìn)程。LED顯色指數(shù)與光衰1103LED芯片與封裝技術(shù)CHAPTER12具有高熱導(dǎo)率、高硬度、高透光性等特點(diǎn)，但價(jià)格較高。藍(lán)寶石襯底芯片碳化硅襯底芯片硅襯底芯片該材料具備優(yōu)異的導(dǎo)熱性能、高硬度以及良好的化學(xué)耐受性，非常適合用于大功率LED產(chǎn)品。此產(chǎn)品具備低投入、廣泛覆蓋、技術(shù)成熟等優(yōu)勢(shì)，然而在散熱效果上略顯不足。030201LED芯片類型及特點(diǎn)13該材料擁有卓越的透光、絕緣及粘合特性，但其在抗候性和防黃變方面的表現(xiàn)欠佳。環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的耐候性、耐高低溫性和電氣絕緣性，但價(jià)格較高。硅膠該材料具備出色的透光性能、熱穩(wěn)定性以及卓越的耐候性，然而其加工過程相對(duì)復(fù)雜。玻璃LED封裝材料選擇14引線鍵合工藝影響LED的電氣連接性能和可靠性，鍵合不良會(huì)導(dǎo)致接觸電阻增大、LED工作不穩(wěn)定等問題。芯片固晶工藝LED的發(fā)光效果和穩(wěn)定性受影響，若固晶過程出現(xiàn)問題，將引起芯片散熱不良、光強(qiáng)度減弱等問題。熒光粉涂覆工藝LED的亮度與效能受其涂層均勻性影響，涂層不均勻?qū)⒁l(fā)色溫差異和光斑問題。封裝工藝對(duì)LED性能影響15直插式LED封裝結(jié)構(gòu)01具有引腳式封裝形式，適用于傳統(tǒng)燈具的升級(jí)改造。SMD貼片式LED封裝結(jié)構(gòu)02該產(chǎn)品體積緊湊、重量輕盈，且便于自動(dòng)化生產(chǎn)，因此在照明與顯示行業(yè)得到廣泛運(yùn)用。COB集成式LED封裝結(jié)構(gòu)03集成多芯片于單一基板，實(shí)現(xiàn)高效功率密度及均勻照明，適用于廣泛的大面積照明及背光需求。典型封裝結(jié)構(gòu)介紹1604LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)CHAPTER17開關(guān)電源高效率、寬電壓范圍，但設(shè)計(jì)復(fù)雜、成本較高，適用于大功率LED照明。PWM調(diào)光電源通過PWM信號(hào)調(diào)節(jié)LED亮度，調(diào)光范圍廣，但可能產(chǎn)生人耳可聽的噪聲。線性電源簡(jiǎn)便且經(jīng)濟(jì)，盡管效能不高且發(fā)熱明顯，卻適合用于低功率LED照明。驅(qū)動(dòng)電源類型及特點(diǎn)18電流輸出恒定，適合用于LED照明系統(tǒng)，其亮度隨電流增加而增強(qiáng)。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于提供恒定的亮度、較長(zhǎng)的使用壽命以及低熱量的耗散。恒流源LED照明不適用恒定電壓輸出，因LED電壓隨溫度波動(dòng)，易致亮度不均和過熱問題。恒壓源恒流源與恒壓源比較19高效能的電源系統(tǒng)有助于降低能源損耗及散熱問題，一般需達(dá)到85%以上的效率標(biāo)準(zhǔn)。電源驅(qū)動(dòng)器必須具備出色的穩(wěn)定性與信賴度，以此保障LED照明系統(tǒng)的長(zhǎng)久穩(wěn)定工作。這涵蓋了輸出電壓、電流的穩(wěn)定性以及抵御干擾的能力等方面。驅(qū)動(dòng)電源效率及穩(wěn)定性要求穩(wěn)定性要求效率要求20基于IC的驅(qū)動(dòng)電路采用特定集成電路進(jìn)行LED控制，具備集成化強(qiáng)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、性能可靠等顯著優(yōu)勢(shì)。以常見的驅(qū)動(dòng)集成電路PT4115、BP2832為例。基于分立元件的驅(qū)動(dòng)電路采用獨(dú)立元件（例如電阻、電容器、二極管等）構(gòu)建驅(qū)動(dòng)電路，其優(yōu)勢(shì)在于高靈活性及低成本。然而，這要求設(shè)計(jì)者擁有較高的電路設(shè)計(jì)技能。典型驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)案例2105散熱設(shè)計(jì)與熱管理策略CHAPTER22均溫板散熱通過均溫板的熱傳導(dǎo)作用，使LED燈具的溫度分布更加均勻，降低熱應(yīng)力，提高可靠性，但成本較高。自然散熱利用空氣自然對(duì)流，成本低，但散熱效果差，適用于小功率LED燈具。強(qiáng)制散熱利用風(fēng)扇或風(fēng)機(jī)強(qiáng)制推動(dòng)空氣流動(dòng)，能有效提升散熱性能，盡管如此，也會(huì)導(dǎo)致噪音上升及能耗增加，適合應(yīng)用于中高功率的LED燈具。熱管散熱借助熱管的卓越導(dǎo)熱特性，能迅速將熱量導(dǎo)向散熱裝置，實(shí)現(xiàn)高效散熱，盡管其造價(jià)不菲，卻適合對(duì)散熱性能有較高需求的場(chǎng)合使用。散熱方式選擇及優(yōu)缺點(diǎn)比較23建立熱仿真模型設(shè)定邊界條件進(jìn)行熱仿真分析優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)熱仿真分析在散熱設(shè)計(jì)中的應(yīng)用針對(duì)LED燈具的構(gòu)造、材質(zhì)及熱量分布等因素，構(gòu)建相應(yīng)的熱模擬模型。利用熱仿真軟件對(duì)LED燈具進(jìn)行熱仿真分析，得到溫度分布、熱流量等關(guān)鍵參數(shù)。設(shè)定環(huán)境溫度、對(duì)流換熱系數(shù)等邊界條件。通過熱仿真分析，對(duì)散熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，擴(kuò)大散熱面積，優(yōu)化熱傳導(dǎo)路徑，從而提升散熱性能。24某型大功率LED投光燈采用鋁制散熱器，通過增加散熱面積和優(yōu)化熱傳導(dǎo)路徑，實(shí)現(xiàn)了良好的散熱效果。案例一該款LED路燈運(yùn)用熱管散熱技術(shù)，高效地將熱量傳遞至散熱器，再通過強(qiáng)制對(duì)流將熱量釋放至空氣中，確保了燈具的穩(wěn)定運(yùn)行與可靠性。案例二該款室內(nèi)LED照明燈具利用均溫板散熱技術(shù)，借助均溫板的熱傳導(dǎo)，使得燈具溫度更加均勻，從而提升使用時(shí)的舒適性和安全性。案例三典型散熱結(jié)構(gòu)案例分析2506光學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例CHAPTER26光的本質(zhì)和特性光是一種電磁波，具有波粒二象性，包括波長(zhǎng)、頻率、速度等基本概念。光的傳播規(guī)律光的直線傳播、反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象和規(guī)律。光學(xué)元件的基本概念透鏡、棱鏡、反射鏡等光學(xué)元件的原理和特性。光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)回顧27透鏡在LED照明中的應(yīng)用LED照明中，聚光透鏡與散光透鏡等不同類型透鏡的運(yùn)用及其成效。反射器在LED照明中的應(yīng)用反射器的設(shè)計(jì)原理及其在LED照明領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐。濾光片在LED照明中的應(yīng)用濾光片的類型、工作原理以及在LED照明中的色彩調(diào)節(jié)和光效提升作用。常見光學(xué)元件在LED照明中應(yīng)用28LED路燈光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)估路燈照明的需求，挑選恰當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)部件及設(shè)定設(shè)計(jì)指標(biāo)，確保達(dá)到高效且分布均勻的照明效果。LED室內(nèi)照明光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)針對(duì)各種室內(nèi)空間，打造適宜的光學(xué)配置，營(yíng)造溫馨且節(jié)能的照明氛圍。LED背光模組光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析背光模組的需求和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)高效、均勻的光學(xué)系統(tǒng)，提升顯示設(shè)備的視覺效果。典型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例分析0302012907總結(jié)與展望CHAPTER30LED基本原理LED是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，通過電流激發(fā)電子與空穴復(fù)合發(fā)出光子。具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。LED照明應(yīng)用LED照明技術(shù)如今廣泛用于室內(nèi)外照明以及景觀照明，旨在為公眾打造既舒適又節(jié)能的光照環(huán)境。LED驅(qū)動(dòng)與控制LED驅(qū)動(dòng)電源是將交流電轉(zhuǎn)換為適合LED的直流電，同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)光、調(diào)色等功能的電源裝置。控制技術(shù)包括PWM調(diào)光、模擬調(diào)光等，可實(shí)現(xiàn)LED照明的智能化和個(gè)性化。LED照明參數(shù)涵蓋光通量、光效、色溫及顯色指數(shù)等因素，這些指標(biāo)共同影響著LED照明的品質(zhì)與成效。關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)總結(jié)回顧31行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)智能化發(fā)展隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，LED照明將更加智能化，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、語(yǔ)音控制、