LED照明灯饰即是发光二极管照明灯饰,是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为
发光材料,在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射,直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。
发光原理及特点
白光LED的原理,对于普通照明而言,人们需要的主要是白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和
钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成。GaN芯片发蓝光(λp=465nm,Wd=30nm),高温烧结制成的含Ce3+的YAG
荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光,峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中,覆盖以混有YAG的树脂薄层,约200-500nm。 LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收,另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合,可以得到得白光。现在,对于InGaN/YAG白色LED,通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度,可以获得色温3500-10000K的各色白光。
寿命长的原因
白炽灯的发光机理是电能将发光钨丝进行加热而发光的,经过相当长时间的加热,
钨丝就会老化甚至烧断,至此,白炽灯泡的寿命也就此告终了,而发光二极管的发光机理是由二极管特殊的组成结构决定的,二极管主要由PN结芯片、电极和光学系统组成,当在电极上加上正向偏压之后,使电子和空穴分别注入P区和N区,当非平衡少数载流子和多数载流子复合时,就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。其发光过程包括三个部分:正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。由此可见二极管主要是靠载流子的不断移动而发光的,不存在老化和烧断的现象,其特殊的发光机理决定了它的发光寿命长达5-10万个小时。
优势
半导体发光二极管(LED)作为第三代半导体照明光源。这种产品具有很多梦幻般优点:(1)光效率高:光谱几乎全部集中于可见光频率,效率可以达到80%-90%。而光效差不多的白炽灯可见光效率仅为10%-20%。(2)光线质量高:由于光谱中没有紫外线和红外线,故没有热量,没有辐射,属于典型的绿色照明光源。(3)能耗小:单体功率一般在0.05-1w,通过集群方式可以量体裁衣地满足不同的需要,浪费很少。以其作为光源,在同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1/8-10。(4)寿命长:光通量衰减到70%的标准寿命是10万小时。一个半导体灯正常情况下可以使用50年,即使长命百岁的人,一生最多也就用2只灯。(5)可靠耐用:没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件,非正常报废率很小,维护费用极为低廉。(6)应用灵活:体积小,可以平面封装,易开发成轻薄短小的产品,做成点、线、面各种形式的具体应用产品。(7)安全:单位工作电压大致在1.5-5v之间,工作电流在20-70mA之间。(8)绿色环保:废弃物可回收,没有污染,不像荧光灯一样含有汞成分。(9)响应时间短:适应频繁开关以及高频运作的场合。
艺术化
光色是构成视觉美学的基本要素,是美化居室的重要手段。光源的选用直接影响灯光的艺术效果,LED在光色展示灯具艺术化上显示了无与伦比的优势;目前彩色LED产品已覆盖了整个可见光谱范围,且单色性好,色彩纯度高,红、绿、黄LED的组合使色彩及灰度(1670万色)的选择具有较大的灵活性。灯具是发光的雕塑,由材料、结构、形态和肌理构造的灯具物质形式也是展示艺术的重要手段。LED技术使居室灯具将科学性和艺术性更好地有机结合,打破了传统灯具的边边框框,超越了固有的所谓灯具形态的观念,灯具设计在视知觉与形态的艺术创意表现上,以一个全新的角度去认识、理解和表达光的主题。我们可以更灵活地利用光学技术中明与暗的搭配、光与色的结合,材质、结构设计的优势,提高设计自由度来弱化灯具的照明功能,让灯具成为一种视觉艺术,创造舒适优美的灯光艺术效果。例如半透明合成材料和铝制成的类似于蜡烛的
LED灯,可随意搁置在地上、墙角或桌上,构思简约而轻松,形态传达的视觉感受和光的体验,让灯具变成充满情趣与生机的生命体。
人性化
毋庸置疑,光和人的关系是一个永恒的话题,“人们看到了灯,我看见了光”,正是这句经典的话语改变了无数设计师对灯的认识。灯具的最高境界是“无影灯”也是人性化照明的最高体现,房间里没有任何常见灯具的踪迹,让人们可以感受到光亮却找不到光源,体现了把光和人类生活完美结合的人性化设计。
LED灯具积小质轻,可选用不同光色的LED组合成照度柔和的各种模块,任意安装在居室中,居室照明灯具的光源可能来源于地面、墙面、窗台、家具、饰物等。因此,未来居室照明将不再局限于单个灯具,而将由单个灯具照明转化为无照明器具感的整体照明效果的无影灯。不同的光色和亮度对人的生理和心理能产生不同的影响,人们在很多情况下并不需要很亮的白光,可能黄光或其它颜色的光更适合生理和心理的需要。
三基色LED可以实现亮度、灰度、颜色的连续变换和选择,使得照明从普遍意义上的白光扩展为多种颜色的光。
因此,人们可以根据整体照明需要(如颜色、温度、亮度和方向等)来设定照明效果,实现人性化的智能控制,营造不同的室内照明效果。即使居室中只有LED发光天花板和发光墙面,人们也可以根据各自要求、场景情况,以及对环境和生活的不同理解,在不同的空间和时间选择并控制光的亮度、灰度、颜色的变化,模拟出各种光环境来引导、改善情绪,体现更人性化的照明环境。
选购
1、LED亮度(MCD)不同,价格不同。用于
LED灯具的LED应符合雷射等级Ⅰ类标准。
2、抗静电能力抗静电能力强的LED,寿命长,因而价格高。通常抗静电大于700V的LED才能用于LED灯饰。
3、波长一致的LED,颜色一致,如要求颜色一致,则价格高。没有LED分光分色仪的生产商很难生产色彩纯正的产品。
4、漏电电流
LED是单向导电的发光体,如果有反向电流,则称为漏电,漏电电流大的LED,寿命短,价格低。
5、发光角度用途不同的LED其发光角度不一样。特殊的发光角度,价格较高。如全漫射角,价格较高。
6、寿命不同品质的关键是寿命,寿命由光衰决定。光衰小、寿命长,寿命长,价格高。
7、晶片
LED的发光体为晶片,不同的晶片,价格差异很大。日本、美国的晶片较贵,一般台湾及国产的晶片价格低于日、美(
CREE)。
8、
晶片大小晶片的大小以边长表示,大晶片LED的品质比小晶片的要好。价格同晶片大小成正比。
9、胶体普通的LED的胶体一般为环氧树脂,加有抗紫外线及防火剂的LED价格较贵,高品质的户外LED灯饰应抗紫外线及防火。每一种产品都会有不同的设计,不同的设计适用于不同的用途,LED灯饰的可靠性设计方面包含:电气安全、防火安全、适用环境安全、机械安全、健康安全、安全使用时间等因素。从电气安全角度看,应符合相关的国际、国家标准。
由于LED是新产品,
中国国家标准滞后,但国家提供产品合格测试。具有国际安全认证(如GS、CE、UL等)及国家产品质量合格证的LED灯饰价格要高,因为这些产品在安全设计上是可靠的。消费者注意的是要认真鉴别证书的真伪,现在有国际安全认证及国家
产品合格证的厂家并不多。
从健康方面,采用无毒材料设计的产品价格要高,特别是室内LED灯饰,千万别贪便宜选用有异味的LED灯饰,目前仅少数几家LED厂家是用无毒材料生产,辨别的方法可以直接用鼻子分别,有臭味的产品比无臭味的价格更低很多。类似铅、汞、镉等毒素需专业人员分析。从适用环境安全看,有可靠的防尘防潮设计,材料防火、防紫外线、防低温开裂的LED产品的价格高。
重要参数
1.正向工作电流If:
它是指发光二极体正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6·IFm以下。
2.正向工作电压VF:
参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极体正向工作电压VF在1.4~3V。在外界温度升高时,VF将下降。
3.V-I特性:
发光二极体的电压与电流的关系,在正向电压正小于某一值(叫阈值)时,电流极小,不发光。当电压超过某一值后,正向电流随电压迅速增加,发光。
4.发光强度IV:
发光二极体的发光强度通常是指法线(对圆柱形发光管是指其轴线)方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为(1/683)W/sr时,则发光1坎德拉(符号为cd)。由于一般LED的发光二强度小,所以发光强度常用烛光(坎德拉, mcd)作单位。
5.LED的发光角度:
-90°- +90°
6.光谱半宽度Δλ:
它表示发光管的光谱纯度。
7.半值角θ1/2和视角:
θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向(法向)的夹角。
8.全形:
根据LED发光立体角换算出的角度,也叫平面角。
9.视角:
指LED发光的最大角度,根据视角不同,应用也不同,也叫光强角。
10.半形:
法向0°与最大发光强度值/2之间的夹角。严格上来说,是最大发光强度值与最大发光强度值/2所对应的夹角。LED的封装技术导致最大发光角度并不是法向0°的光强值,引入偏差角,指得是最大发光强度对应的角度与法向0°之间的夹角。
11.最大正向直流电流IFm:
允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极体。
12.最大反向电压VRm:
所允许加的最大反向电压。超过此值,发光二极体可能被击穿损坏。
13.工作环境topm:
发光二极体可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围,发光二极体将不能正常工作,效率大大降低。
14.允许功耗Pm:
允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值,LED发热、损坏。
结语
随着LED技术的进一步成熟,LED将会在居室照明灯具设计开发领域取得更多更好的发展。21世纪的居室灯具设计将会是以LED灯具设计为主流,同时充分体现节能化、健康化、艺术化和人性化的照明发展趋势,成为居室灯光文化的主导。在新的世纪里,LED照明灯具必将会照亮每个人的居室,改变每个人的生活,成为灯具开发设计的一次伟大变革。
LED照明优势
高节能:恒压直流驱动,相同照明效果比传统节能光源节省80%以上,能产生巨大的经济效益。
寿命长:
LED灯也称永不熄灭的灯,固体冷光源,环氧树脂封装,灯体无松动部分,不存在灯丝烧断,热沉机,光衰等缺点,使用寿命长达5W-10W小时。
利环保:灯内不含汞等有毒重金属污染物,传统荧光灯含有汞,以26mm(T8)荧光灯为例,里含20mg的汞,一旦破裂挥发到空气中就会造成中毒。光谱中无红外线和紫外线辐射,无频闪,废弃可回收,热量低,属于典型的绿色光源,晚上无蚊虫围绕在灯体周围,让室内的照明环境更干净,卫生,整洁。
显色指数高:LED灯饰的显色指数高达80,荧光灯的显色指数为65-80,白炽灯的显色指数为95。
发光效率高:以
LED日光灯为例,普通的荧光灯的发光效率为55-80lm/W,而LED日光灯的发光效率在100lm/W以上,更有厂家做到130lm/W以上,以目前的发展趋势来看还在提升中。
灯具效率高:灯具效率主要指有效光效。传统的荧光灯是360度发光的,反方向的发光是没有用的,因此荧光灯采用了白色的灯罩,把反方向的光反射回来,通常传统荧光灯的灯具效率只有70%,LED日光灯发光角度通常为120度,可以按照需求来调整,有效光效相对传统灯具就要高一些。
电源效率高:电源不仅为灯具提供驱动,有隔离和
非隔离电源的区别,电源效率会影响整个灯具的效率,电源的使用寿命也直接影响到LED灯具的使用寿命,电源的功率因素可达到0.9以上传统灯具功率因素通常低于0.512,电源灯具效率是传统灯具的0.5倍。
配套投资小:LED灯具以极小的功率达到传统灯具的5倍效果,安装方便,无整流器,所需导线规格远低于目前水平,寿命长的同时还可维修,维护量远小于传统灯具
定制性强:LED光源可利用红绿蓝三基色原理,是三种颜色具有256级灰度并任意混合,色温范围广,色温是关系LED灯光照明产品显示的颜色特性,理论上可以提供任何色温的光线,通常市场上色温在3300K以下的光线是温暖稳重的感觉,3000-5000K的中间爽快的光线和色温在5000K以上的冷感觉光线为主,可以实现丰富多彩的动态变化效。
产品组成
1、LED发光二极体
发光二极体的亮度是由
LED芯片裸芯亮度和灯体封装外形决定的,它的寿命是由LED芯片工作环境和品质决定的。这里要特别解释的是,如今led照明
灯饰产品所用的LED芯片标准尺寸一般为:红色、黄色12mil,蓝色、绿色14mil,但也有用8-10 mil芯片的。不同尺寸的芯片发光明度可以一样,但其寿命就完全不一样,因为单位面积芯片的过电量越大其寿命越短,这也是同样亮度发光二极体价格不一样的原因。
电路板作为光源的载体直接影响的灯具的寿命和故障率。led照明灯饰产品的一切电子线路都在PCB电路板上,它的材质和加工工艺将直接影响产品的品质和寿命。电路板材质分为全玻纤、半玻纤、纸板三种。led照明灯饰产品的标准材料应为全玻纤双面板,如采取半玻纤或纸板单面板其后期焊接品质和防潮、抗老化能力以及电性都将大打折扣。
3、外壳
外壳作为灯具产品的混光层和保护层,也影响到灯具产品的效果和寿命。如今所用的工程朔料一般是PC(聚碳酸脂),它的抗老化、防紫外线、抗冲击效果是最好的。也有用PMMA(亚克力)的,其耐候性稍差一点,且脆性较大易碎。PC材料本身是无色的,根据需要增长不同的色剂就可加工出不同颜色的PC管。一般常用PC管为透明和乳白两种。透明管亮度较乳白色高,但乳白色混色性优于透明管。