1、2011年12月2日,LED燈具設(shè)計(jì)要點(diǎn),目錄,一、LED照明設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn) 二、LED照明應(yīng)用 三、LED燈具的標(biāo)準(zhǔn) 四、LED燈具設(shè)計(jì)要點(diǎn) 五、其它廠家的燈具設(shè)計(jì),小尺寸,多色彩,可調(diào)控,超性能,LED照明設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn),技術(shù)優(yōu)勢(shì),散熱設(shè)計(jì),生產(chǎn)工藝,光效,照明級(jí)LED,復(fù)雜,BIN,外延片,封裝,顯色性,二次光學(xué)設(shè)計(jì),視覺(jué)功效,色溫,最大允許結(jié)溫值,可靠性,大功率白光LED,技術(shù)劣勢(shì),LED照明設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn),LED照明設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn),LED在照明領(lǐng)域面臨的問(wèn)題： (1)發(fā)光效率。 提高LED的發(fā)光效率最主要的方法是改進(jìn)半導(dǎo)體發(fā)光材料與LED芯片的結(jié)構(gòu)和制造工藝。因此要實(shí)現(xiàn)200流明/瓦

2、的目標(biāo)路途依然比較艱難。 (2)高功率 作為照明，單個(gè)LED輸出的光通量必須足夠大，欲加大LED的光通量，首先必須注入足夠的電功率。但LED芯片的溫升不能過(guò)高，否則各項(xiàng)性能特別是使用壽命會(huì)受到很大的影響。 (3)參數(shù)離散性 由于LED照明需由多個(gè)LED管組成，除了通過(guò)預(yù)選分BIN，盡量保證一致性以外，還必須設(shè)計(jì)合理的燈具結(jié)構(gòu)(包括LED的排列和位置布局)和合適的驅(qū)動(dòng)電路，防止燒毀部分LED，并使LED模組中整小片或整條LED熄滅，影響照明效果。 (4)散熱設(shè)計(jì) 高溫會(huì)造成電子產(chǎn)品絕緣性能退化、元器件損壞、材料的熱老化等不良影響。白熾燈和放電光源可能不需太過(guò)考慮熱能限制問(wèn)題，但是，對(duì)于LED來(lái)說(shuō)

3、，將結(jié)溫維持在較低的水平是非常重要。,替換光源與燈具,個(gè)性化LED燈具,半導(dǎo)體建筑化應(yīng)用,標(biāo)準(zhǔn)化 通用性 替代品 色溫可調(diào) 顏色可變（彩色光）,符合半導(dǎo)體元器件特性 燈具形態(tài)突破傳統(tǒng)光源限制 概念 時(shí)尚,與建筑構(gòu)件集成 終端產(chǎn)品系非燈具產(chǎn)品 創(chuàng)新設(shè)計(jì),LED照明應(yīng)用,LED照明應(yīng)用,燈具分類,LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-國(guó)際,鑒于半導(dǎo)體照明技術(shù)的日益成熟以及飛速發(fā)展，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織紛紛制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)半導(dǎo)體照明產(chǎn)品的安全、性能等方面的要求予以規(guī)范。其中，國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）和國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在這方面起著主導(dǎo)作用。國(guó)際照明委員會(huì)制定的LED相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于基礎(chǔ)理論和測(cè)試方法方面，對(duì)整個(gè)行業(yè)都具有

4、重要的指導(dǎo)作用；國(guó)際電工委員會(huì)側(cè)重于對(duì)半導(dǎo)體照明器具的安全、性能及電磁兼容要求進(jìn)行規(guī)定，是許多國(guó)家和地區(qū)制定本地標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)，也是企業(yè)開(kāi)展生產(chǎn)的重要指導(dǎo)。,LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-國(guó)際,國(guó)際照明委員會(huì)（International Commission on Illumination，簡(jiǎn)稱CIE）是一個(gè)獨(dú)立的、公益性的學(xué)術(shù)組織，致力于推動(dòng)光學(xué)和照明、色彩和視覺(jué)以及圖像技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際合作和信息交流. 技術(shù)報(bào)告： CIE127:2007LED測(cè)量方法 僅規(guī)定單一的LED的檢測(cè)方法 CIE177:2007白光LED的顯色性評(píng)估CIE顯色指數(shù)對(duì)白光LED的適用性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)： CEI/IEC 62471:2006

5、燈與燈系統(tǒng)的光生物安全性,LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-國(guó)際,IEC于1906年成立于倫敦，是世界上最早成立的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體，主要負(fù)責(zé)制定電氣和電子領(lǐng)域的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。目前，IEC已成立了約179個(gè)技術(shù)委員會(huì)（TC）和分技術(shù)委員會(huì)（SC），以及700個(gè)項(xiàng)目組（project teams）/維護(hù)組（maintenance teams）。在半導(dǎo)體照明設(shè)備領(lǐng)域，IEC目前的主要工作內(nèi)容集中在對(duì)LED模塊及其連接器的安全要求、LED控制電路安全要求、自鎮(zhèn)流LED燈的安全及性能要求以及LED的光輻射要求等方面。此外，LED燈具還得符合IEC有關(guān)燈具的安全要求和電磁兼容要求。 上述要求主要由三個(gè)技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)制定：TC 3

6、4（燈和相關(guān)設(shè)備）、TC 76（光輻射安全和激光設(shè)備）和CISPR（國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)）。以下分別對(duì)這三個(gè)技術(shù)委員會(huì)及其制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。,LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-國(guó)際,LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-國(guó)際,LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-國(guó)內(nèi)通用標(biāo)準(zhǔn),LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-日本,日本是全球重要的LED產(chǎn)業(yè)基地之一，也是LED技術(shù)實(shí)力最強(qiáng)的國(guó)家，掌握著大部分的LED高端市場(chǎng)。LED照明產(chǎn)品要進(jìn)入日本市場(chǎng)，首先要滿足電氣用品安全法及其相關(guān)實(shí)施法規(guī)的要求。目前LED產(chǎn)品中受電氣用品安全法管控的主要是電源模塊，如果電源是外置的，則需依據(jù)J61347-2-13（即JIS C 61347-2-13）進(jìn)行檢測(cè)，合格之后加貼菱形PSE標(biāo)

7、志。在電磁兼容方面，則要滿足J55015標(biāo)準(zhǔn)，這也是強(qiáng)制性的。 此外，還有一些安全標(biāo)準(zhǔn)日本法規(guī)中并沒(méi)有作強(qiáng)制性要求，如JIS C 8154、JIS C 8121-2-2、J60968、J60598系列、JIS C 6802等，但企業(yè)也應(yīng)該參照這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。在LED照明產(chǎn)品的性能要求方面，JIS C 8153規(guī)定了LED模塊用交直流控制裝置的性能要求,LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-美國(guó),美國(guó)市場(chǎng)對(duì)于半導(dǎo)體照明產(chǎn)品的安全要求主要體現(xiàn)在LED模塊、控制模塊、電源、燈具及相關(guān)配件上。其中，UL Subject 8750為L(zhǎng)ED模塊、控制模塊、電源提出了詳細(xì)的安全要求，此外，電源安全還可參照UL

8、 1310、UL1012或UL 60950-1中的相應(yīng)規(guī)定。而UL 1598、UL 1993、UL 1574等系列UL有關(guān)傳統(tǒng)照明設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)為半導(dǎo)體照明的終端產(chǎn)品提出了安全規(guī)范。如果要順利進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)，企業(yè)需要將以上要求綜合進(jìn)行考量。,燈具適用的標(biāo)準(zhǔn)（UL),UL8750 用于燈具產(chǎn)品的發(fā)光二極管光源安全通則,LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-美國(guó),LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-美國(guó),燈具適用的標(biāo)準(zhǔn)-美國(guó),能源之星（Energy Star） 推薦標(biāo)準(zhǔn) 由美國(guó)環(huán)保署（EPA）所啟動(dòng)，目的是為了降低能源消耗及減少發(fā)電廠所排放的溫室效應(yīng)氣體。屬自愿認(rèn)證，自發(fā)配合此計(jì)劃的廠商，就可以在其合格產(chǎn)品上貼上能源之星的標(biāo)簽。,電磁兼容要求

9、輻射與傳導(dǎo)限值 FCC Part 18.305（47 CFR 18.305）和FCC Part 18.307（47 CFR 18.307）規(guī)定了照明設(shè)備的輻射和傳導(dǎo)限值,高效率、 高可靠性,非常高的功率/性能比 穩(wěn)定的色彩輸出 LED的使用壽命 改善系統(tǒng)的整體可靠性,LED照明設(shè)計(jì)要點(diǎn),技術(shù)要點(diǎn),1）LED規(guī)格色溫、顯色指數(shù)、色坐標(biāo)、光譜（顏色）* 2）LED模組設(shè)計(jì)LED的排列組合、整燈光通量 3）配光設(shè)計(jì)透鏡、反射器 4）驅(qū)動(dòng)電源適配燈具、可靠性 5）控制技術(shù)智能、方便 7）散熱設(shè)計(jì)系統(tǒng)熱量控制、系統(tǒng)散熱通道、散熱技術(shù) 8）整燈安全要求 燈具IP、裝配簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便 9）成本控制價(jià)格,

10、LED照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)-LED規(guī)格,紅 琥珀色 綠色 青色 藍(lán)色 品藍(lán),LED照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)-LED規(guī)格,白光的合成途徑 一、RGB合成，紅光LED+綠光LED+藍(lán)光LED合成，現(xiàn)在紅綠藍(lán)LED轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到30%，13%和25%，通過(guò)進(jìn)一步提高藍(lán)綠光LED的流明效率，則白光流明效率可達(dá)到200lm/w。優(yōu)點(diǎn)：可做高顯色指數(shù)LED,要解決的主要技術(shù)難題是提高綠光LED的電光轉(zhuǎn)換效率，目前只有13%左右，同時(shí)成本高。 二、LED+不同色光熒光粉： 1、紫外或紫光LED+RGB熒光粉來(lái)合成LED，這種工作原理類似日光燈，其中紫光LED的轉(zhuǎn)換系數(shù)更高，可達(dá)80%，各色熒光粉的量子轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到90%，

11、 2、用藍(lán)光LED+紅綠熒光粉，藍(lán)光LED效率60%，熒光粉效率70%；還有是藍(lán)光LED+黃色熒光粉來(lái)構(gòu)成白光。,LED的性能指標(biāo)-LED規(guī)格,白光的合成途徑,LED照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)-LED規(guī)格,LED照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)-LED規(guī)格,設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng) 一、采用恒流驅(qū)動(dòng): 恒流驅(qū)動(dòng)讓LED在恒定電流的條件下工作, 可在LED溫度變化時(shí)，穩(wěn)定電路工作電流，而不至于如恒壓驅(qū)動(dòng)在溫度上升時(shí)，雖Vf下降造成電路電流的價(jià)格，并造成正反饋。 二、LED 的使用電流不能超過(guò)LED的IF電流 過(guò)流的工作會(huì)使LED壽命很快下降,如果超出過(guò)多,就會(huì)馬上把LED燒壞， 三、LED 的溫度: LED使用中的Tj、回流焊時(shí)的溫度、

12、組裝時(shí)的焊接溫度 四、 LED 產(chǎn)品的密封 LED屬電子產(chǎn)品，面臨著防水、防潮的密封問(wèn)題，如果處理不好就會(huì)直接影響LED 產(chǎn)品的使用壽命。,LED照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)-LED規(guī)格,五、焊接注意事項(xiàng) 焊接溫度： 焊接溫度在260左右,時(shí)間控制在5S以內(nèi),焊接點(diǎn)離膠體底部在2.5mm以上，電烙鐵一定要接地。不允許模組帶電作業(yè)。 靜電放護(hù) LED 產(chǎn)品在加工生產(chǎn)的過(guò)程中要采用一定的防靜電措施，如：工作臺(tái)要接地，工人要穿防靜電服裝，帶防靜電環(huán)，以及帶防靜電手套等，有條件的可以安裝防靜電離子風(fēng)機(jī)，同時(shí)也要保證車間的濕度在65%左右，以免空氣過(guò)于干燥產(chǎn)生靜電。,LED照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)-配光設(shè)計(jì),LED與透鏡的配套 透

13、鏡的LED光色與輸出的光色 透鏡本身的物理和機(jī)械特性 玻璃、PC（擴(kuò)散、透明）、PMMA 光學(xué)效率 光束角,LED照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)-配光設(shè)計(jì),LEDs散熱設(shè)計(jì)的重要性,目標(biāo)1: Higher Flux LEDs. 提高LED的效率 提高電流 (功率) 更高的片/結(jié)溫 (Tj),目標(biāo)2: 高性能 LEDs 光學(xué)性能 高可靠性 依賴于片/結(jié)溫 (Tj),事實(shí)上LED需要能夠應(yīng)付三個(gè)潛在的散熱源：自發(fā)熱、環(huán)境溫度和LED電子控制。 熱傳模式: 傳導(dǎo) 對(duì) LEDs最重要 對(duì)流 對(duì) LEDs次重要 發(fā)散 不重要 好的設(shè)計(jì)是控制LED的結(jié)溫Tj,LED照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)-散熱設(shè)計(jì),熱能模式,RQ 結(jié) 金屬片,RQ金

14、屬片- 板,RQ 板 環(huán)境,Pd = Vf * If,環(huán)氧板,非導(dǎo)電層,Board 散熱接口,Metal-core PCB,LED照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)-散熱設(shè)計(jì),Bent (Not Flat) Plate,Air gap,LED照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)-散熱設(shè)計(jì),接口阻抗要素 表面的平坦度 對(duì)薄板來(lái)說(shuō)很差 毛刺是個(gè)問(wèn)題 材料的接觸硬度 接觸阻抗 (跟壓力有關(guān)) 旋轉(zhuǎn)式 孔型 (螺紋或者通孔) 表面粗糙度 空隙的變化 任何提高空氣間隙的因素都能提高接口阻抗。,Off Center Holes,Q,Rct =DT/Q Contact Resistance,Interface Resistance,Figure 1-

15、Close up of two flat plate touching each other.,Figure 2- Macroscopic air gaps between Luxeon MCPCB and plate.,使用接口材料的影響,為了在 MCPCB 和 散熱器之間減少接口阻抗，消除空氣間隙.，因此: 用帶平面的散熱器。 用剛性的材料做散熱器。 用帶螺釘固定的散熱器。 接觸表面要光滑。 如果可能，用導(dǎo)熱基帶或者導(dǎo)熱膠來(lái)填充間隙。 注意：用導(dǎo)熱基帶或者導(dǎo)熱膠來(lái)填充MCPCB和散熱器之間的空隙非常有效。,間隙材料,間隙材料對(duì)照表 Glue Loctite 383 k=.60 W/mK * RQ = 1.5C/ W Glue AmiconE8502 k=1.2 W/mK * RQ = (see DS) Tape Bond Ply 105 k=(see DS) RQ = 3.0C/ W Grease AOS HTC-6 k= 2.5 W/mK * RQ = 0.01C/W* *Values taken from data sheets. * DS stands for data sheet.,其它廠家的燈具設(shè)計(jì) 賞析,技術(shù)創(chuàng)新Driver with Self Learning, IGUZZINI,自我學(xué)習(xí)功能（Self Learning）是一個(gè)新的發(fā)