光源的基本知识(new)

发光二极管
发光二极管由III-V族元素在IV族元素中搀杂而形成.

发光二极管具有省电,寿命长(几万小时),工作电压低,抗震耐冲击,冷光,光响
应速度快,以及利于环境保护等优点,因而有着十分广泛的应用前景.


1



2

单色光LED的发
展
Lamp Spectrum vs Material System



磷化镓铝镓砷

570

氮化铟镓

铝铟镓
磷



380 540


580 640


660

350 500

700



LED的光譜LED的光譜

主波长主波长

光譜线的半宽度光譜线的半宽度

LED的伏--安特性LED的伏--安特性

9
LED的电气模型LED的电气模型

光输出与正向电流的关




LED的分级LED的分级

单色光LED的发
展
单
颗
LED功
率


oC / W
可容
电
流
mW
-1997 T1-3/4 400 20 mA40 -80
1999 Piranha* 200 70 mA 180
2001 Barracuda* 40 350 mA 700 -1,400
2002 ? 10 1 A 4,000

* Trademark of LumiLeds
12


13
单色光LED的应用举例
.... 汽车高位第三煞车灯(CHMSL)
.... 室外全彩显示屏- 红、绿、蓝
.... 交通号志灯
.... 背光- 汽车仪表, 手提电话, 消费产品
.... 匙扣式微形电筒

单色光LED的应用举
例


video screenvideo screen
traffic
signal



Automotive


brake/tail
turn/marker
14



初步用LED作照明的范
畴


.建
筑
-外墙, 轮廓, 招
牌
.安全照明
-油站, 矿坑, 货
仓
.室内装
饰
-可变色照
明
.手电
筒
.背
光
-计算机显示器, 汽车仪
表

白色LED的开发(1)



16



17
......................................................
..
......
......
......
......
......
......
......
......
......
.. ...... ...... ...... ......
白色LED的开发(2)
荧光粉
LED

白色LED的开发(3-1
)


芯片数激发源发光材料发光原理
1蓝色LED InGaN/YAGInGaN的蓝光与YAG的黄光
混合成白
光
1 蓝色LED InGaN/荧光粉InGaN的蓝光激发的红、绿、蓝三
基色荧光粉发白
1 蓝色LED ZnSe由薄膜层发出的蓝光和在基板上激
发出的黄光混色成白
1紫外LED InGaN/荧光粉InGaN发出的紫外激发红、绿、蓝
三基色荧光粉发白


18



白色LED的开发(3-2)


芯片数激发源发光材料发光原理
2蓝色LED+
黄绿色LED
InGaN
GaP
将具有补色关系的二种类芯片封装
在一起，构成白色LED
3红色LED+
绿色LED+
蓝色LED
AlInGaP
InGaN
将发三元色的三种芯片封装在一起
，构成白色LED
多個多種光色
的
LEDInGaN、GaPN
、
AlInGaP
将遍布可见光区的多种色光芯片封
装在一起，构成白色LED

19



白色LED的效能进
展


1998 5 流明/
瓦
1999 15流明/
瓦
相若
白炽
灯
200125流明/
瓦
相若
卤钨
灯
200550流明/
瓦
估
計


单颗白
色
LED 发展目标
输入功率10 瓦

发光效
能
100 流明/瓦
输出光
能
1000 流明

20



结温对光输出的影




23
温度对正向电压的影响温度对正向电压的影响

光强和峰值光强与环境温度的关系光强和峰值光强与环境温度的关系

温度对主波长的影响温度对主波长的影响

Luxeon的封装Luxeon的封装

Luxeon的主要参量Luxeon的主要参量

白色LED的应
用



澳大利亚首都堪培拉, Anzac Parade的街道照明实景示例


LED照明与节能和环


31




LED能否成为光
源
的重要参
数


: Lumen/Watt

. Internal Quantum Efficiency
. External Quantum Efficiency (with light extraction)
: Lumen (per LED chip/package)
. Input Power, Light Output Power (LOP), Thermal
Dissipation limit
: $ / Lumen

. Cost – Performance ratio


33
LED光源代替白炽灯照明时的盈亏平衡点
....................................................................................
........
..........
..........
..........
..........
............
............
............
............
............
..
..........
..........
..........
..........
............
............
............
............
..........
......
........................

LED照明的优
点


.寿命长，在很多应用中长于10
.维护费用大大减
少
.更节能，利于环保

LED照明的优
点


.给设计提供更多的自由
度
.生动的饱和色彩，无需滤色
.光方向性强，增加了系统的效
.结实，防震

LED照明的优
点


.动态色彩控制，白光色温可
.深度调光而光色不
变
.瞬时启动，立即获得100%的光和
37



LED照明的优
点


.光束中无热和UV
.光源中无
汞
.能冷启
动
.低压直流工作，更安
全

39



选择光源的因素
影响光源寿命的因
素


使用方
环境温度
工作电压
开关频率
振动冲击
燃点位置
制造方
灯丝
发射物质
充气及气压
荧光材料
镇流启动装置


40



照明器件所符合的品质与标
准


1.IEC标准(International
Electromechanical
(1)灯泡
Commission)
规范编号种
类
IEC188高压水银灯(汞灯)
IEC192低压钠
灯
IEC662高压钠
灯
IEC1167金属卤化物
灯
IEC81低压水银灯
(2)控制元
件
IEC61灯头,灯
座
IEC920镇流器(管形荧光灯)
IEC922,923镇流器(HID)
IEC926,927启动
器
IEC1048,1049电子镇流
器
(3)灯
具
IEC598灯
具
2.欧洲国家标准(European
Standards)
EN61000-3-2谐波(Harmonics)
EN55015干扰(EMI)
VDE德
NEC荷
BSI英
UTE法
KEMA荷兰检定协


3.其它重要标
准
UL美
CSA加拿大

飞利浦照明器件所符合的品质与标
准


4.电光源产品中国国家标准目录
国家标准
号
标准名称对应的代
号
采用程
度
发布日
实

施日
对应飞利浦类
GB 10681-1989 普通照明灯泡1989.03 1989.11 GLS
GB 10682-1989 普通照明用管形荧光灯IEC81-84 NEQ 1989.03 1989.11 TL
GB/T13259-1991 高压钠灯泡IEC662-87 NEQ 1991.10 1992.08 SON
GB/T13434-1992 高压钠灯泡特性的测试方法IEC662-88 NEQ 1992.04 1992.12 SON
GB/T14904-1993 卤钨灯IEC357 NEQ 1993.02 1993.08 Hal
GB 14196-1993 普通照明灯泡的安全要求IEC432-84 EQV 1993.03 1993.08 GLS
GB/T15041-1994 高压短弧氙灯1994.04 1994.12
GB/T15043-1994 白炽灯泡光电参数的测量方法1994.04 1994.12 GLS
GB/T17262-1998 单端荧光灯性能要求IEC901-96 NEQ 1998.03 1998.09 CFL
GB/T17263-1998普通照明用自镇流荧光灯性能要求IEC969-98NEQ1998.031998.09CFL-I

备注
:
1 国家标准号中,GB为强制标准,GB/T为推荐标准
;
2 IEC系国际电工委员会
;
3 采标程度为:IDT－直接采用,EQV－等效采用,NEQ－参照采用
.


42



电参
数


..启动电压
使气体放电灯能正常启动并维持燃点的最低电源电压.

荧光灯一般为180V
一体化节能灯一般为170V
高压汞灯一般为180V




电参数


..端电压和灯电
流
灯在正常燃点时,灯两端的电压和流过灯的电流值
气体放电灯的端电压不包括镇流器等附件的压降


端电压灯电
60W白炽
灯
220V 0.27A
36W荧光
灯
103V 0.43A
150W高压钠
灯
100V 1.80A


电参数

..绝缘电阻
以绝缘件(塑料、玻璃等)分隔的绝缘金属件或
电极在一定湿度下的最低电阻.

荧光灯灯头环和插脚
间的绝缘电阻应不
小
于20MΩ(65%湿度
)



45



电参数

..功率因数
用电回路的有功功率和视在功率之比.
功率因数在0～1之间.
低功率因数被认为是不利的:

*不必要地增加了供电的千伏安量;
*增加了用户用电的危险性，增大了回路的负荷.
可以并联一个或几个电容器来校正功率因数使其接
1 .
46



功率因数的计算

功率因数P.F=消耗功率/(电
压
x 电流)

Vm

例:TLD36W灯
管
Vb

P.F=(36W+8W)/(220V x 0.41A)
=0.5

说明
:
Vm:主电
压
VL:灯管电
压
IL:灯管电
流
Ic
Vb:镇流器电
压


ILsin.


ILcos..
VL


47



电参数

..谐波含量
一个非正弦波电流对于正弦波
电流的偏离性可用各次谐波分量
与灯基波电流的百分比表示.
通常以三次谐波含量为标志.


高谐波含量的光源集中使用将造成对电网的干扰并可能使
中线电流失控.

48



电参数

..电磁干扰(EMI)
荧光灯等气体放电灯照明设备在使用过程中,通过
辐射、传导等方式产生的电磁噪音.

电磁干扰可能使周围电器工作异常甚至失控



光参数

..初始光通量
灯燃点100小时时测得的光通量,单位为流明(lm).


50



光参数

..光通维持率
灯在

寿命中特定时间的光通
量
与该灯初始光通量的百分比
.


时间光通维持率

白炽
灯
750小时
>=80%


荧光
灯
2000小
时
>=78%


节能
灯
2000小
时
>=78%


51



光参数

..光效
光源发出的光通量和光源所消耗的功率之比
单位:lm/
w
光效是衡量光源节能的重要指标
.



光参数

..色温
用黑体的开氏温度(单位K)表示的光源颜色.


53



光参数

..色表
不同色温的灯有不
同的色表,分别对应
于光谱色度图上的
一个位置


54



光参数

色坐标(x,y)

不同色表的灯在色度
图上应有一个确定的位置,
用x,y值表示,称为色坐标.

TLD x y
/54 0.313 0.337
/33 0.372 0.375
/29 0.440 0.403


55



光参数

..色度容差(色度宽容量
)
色度坐标容许一定的容
差表示最小可辨色差,

表示为围绕色坐标
的一个MacAdam椭圆.

把人眼能分辨的最小色
差
单位称为SDCM,则色度容
差一般不得大于5 SDCM.



56



光参
数


..显色指
数
Ra
灯发射的光谱特性
对于被照物体表面
的颜色的真实度的反
映。以符合太阳光显
色性的指数称为100.


57



光参数

..中心光强
射灯类中轴线方向射出的发
光
强度称中心光强.通常灯的功
率
越高, 聚光越好,中心光强就越大
.


型号光束角中心光强(cd)

R63/60W 30o 960
PAR38/80W 12o 5400
PAR56/300W 12o 40000
14594/50W 36o 1800


58



光参数

..光束角
射灯发射光的空间分布,以中心最强,
向四周逐渐减弱到中心光强50%强
度的圆锥角为光束角，但用平面角
来表示.

分类定义例

聚
光
<=18o 8o,10o,12o
泛
光
18o~36o 20o,25o,30o
宽泛
光
>=36o 36o,40o,80o


59



机械参数

..灯头牢固度
规定加在灯头上的扭矩力应不使灯头松动.

灯头抗扭矩
力


E27,B22 3牛顿米(3Nm)
E40 5牛顿米
(5Nm)
G13 4牛顿米(4Nm)
G5 0.6牛顿米(0.6Nm)



60



机械参数

..同轴度偏差
灯头、玻壳(玻管)或灯芯(灯丝)的同轴度必
须在一定的偏差范围内.

白炽灯：灯头－玻壳偏差<=4.2mm
白炽灯：灯丝－玻壳偏差<=3.5mm
荧光灯：灯头－玻管偏差<=3.15mm



61



时间参数

..启动时间
灯接通电源直到完全
启动并维持稳定燃点所需
要的时间.

电子式荧光灯
类
<= 4
秒
电感式荧光灯
类
<=10秒




时间参数

..上升时间
灯接通电源后,光通量达到具有稳定光通量80％的时候所需
的时间.
节能
灯
<=3分钟
荧光
灯
<=3分钟
高压钠
灯
<=10分钟

电容
63



时间参
数


光源寿命的定义
:


＊有效寿命:灯到不能工作(不亮/不起动/颜色失效)的时间;
＊经济寿
命
:灯的光通量

衰减到一定比例(室内80％,室外70％）
所用的时间;
＊平均寿
命
:一组灯中50％失效的工作时间称为平均寿命.


64



灯的寿命
灯的寿命灯的寿命

.技术寿命
: 灯点燃到不能工作的时间
。
.平均寿
命
:在测试当中，50%的灯不能工作时所
点燃的时间
。
.经济寿
命
: 当综合光输出下降到某一百分比时所
点燃的时间( 室外70% , 室内80% 是可接受的数据)
65



灯的寿
命


灯寿命:下图为TL84系列荧光灯的平均寿命和经济寿命的相对关




时间参数

..其中平均寿命是
一批灯燃点到有50%的灯的光通维持率达不
到规定的百分比的时间.

燃点在规定条件下进行,例
如荧光灯每燃点165分钟
断电10分钟以上.


67



常用特性

..电压特性
光源各参数强烈地依赖于电源电压.



常用特性

..温度特性
光源输出和环境温度有明显的关系.



常用特性

..光谱特性
不同光源有不同的光谱分布.


70



常用特性

..光强分布特性
以光源中轴线为中心的某
一截面上光强的分布曲线,
通常表现为灯具系统的光
强分布.


71