大功率白光LED道路照明探讨(深圳)课件.ppt

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1、大功率白光LED道路照明探讨杨正名、张玉生、何文馨、高光义广东雪莱特光电科技股份有限公司白光LED的是一种新型光源；日本政府首先资助(上世纪90年代)；美国政府资助；中国政府资助；欧洲政府资助；中国目标2010年光效达到100lm/W，大量取代节能灯。优点：高光效：估计可达160lm/W以上(实验室报导未经证实)；无污染；长寿命：5万小时或称10万小时(早期理想的理论估算，未经证实)；显色性好：70~80政府支持，经济实力雄厚，发展迅速。白光及彩色LED在显示照明中表现突出，无与论比。分歧很大在显示照

2、明方面LED发展迅速，取得很大成绩，显示了无比优越性，无争议。在装饰照明方面有重要作用，勾划轮廓效果很好，亦无分歧。在功能照明方面意见分歧、评价不一。LED的发光过程载流子复合发光在外加电场作用下载流子e克服阻挡层电位差Vo，进入空穴层（p层）；截流子e为空穴俘获后释出势能eVo并转化为光子hv，其波长λ=1234/Vonm；虽然截流子复合时量子转换效率很高，但是电子运动时克服内外电阻的能耗以及复合时携带的动能不可能转化为光能。计入各种能耗后LED的内量子效率不超过90%。内量子效率常规光源的辐射是各

3、向均匀的，基本都能辐射出去，提取率高；LED辐射只能单向（外向）输出，向内辐射的光子多被吸收；辐射方向偏离出射窗垂直方向的光子将部分反射并被吸收。LED分子密度大，光子逸出途程中被吸收的几率高。LED的外量子效率即量子提取率较常规光源低得多，最多为60%。LED的很大一部分输入能量消耗在芯片中转化为热能。量子提取率提高LED量子提取率的措施超薄：总厚度几十纳米，减少光子在介质中被吸收的几率；在基底表面镀高反膜，提高量子反射率——相当于灯具；输出窗的内界面粗毛，减少光子反射；采用蓝宝石或多晶氧化铝陶瓷薄

4、片基底以提高导热率，降低结温度。LED总量子效率的估算内量子效率90%，量子提取率60%单色LED的理论量子效率为0.9×0.6=0.54即LED最高可有54%的能量转化为光能其效率远远高于当前实际光源的电—光转换效率。白光LED的量子效率估算蓝光LED＋黄色荧光粉构成白光LED；过程中部分光子能量下转移，470nm→560nm若20%蓝光光子保持波长不变。80%蓝光光子下转移，平均能量损失8.75%。总量子效率降低约7%。荧光粉对光子的吸收率超过20%；经黄色荧光粉涂层后光能降低27%以上；白光LE

5、D的理论估算能效不超过40%。白光LED的光输出估算光功当量=683lm/W；1W功率全部转化为555nm的黄光的流明数；1W功率转化为在380～780nm之间均匀分布的光能时的光通量为260lm/W——白光；1W功率能谱按视见函数曲线分布时的光通量为360lm/W。1W“白光”LED的辐射光通量不可能超过140lm/W。这是估算的白光LED的光效，目前远未达到，以后也很难突破。当前达到的实际光效<70lm/W，不足估算值的一半。某大公司制成白光LED路灯及灯具（水平非很高的公司），宣称初始光效为70

6、lm/W，正常运转时因温升降至为50lm/W；为降低结温度、减缓光衰、常常降低功率使用(1WLED按0.7W~0.8W设计)；2007年日本报导白光LED光效已达到55lm/W，但Ra为82的LED光效只有20lm/W。使用时结温度上升，辐射光谱红移，强度下降，激发荧光粉的效率降低，输出光通量下降。结温度上升、量子效率下降、引起光衰、寿命缩短。(摘自CreeLED照明方案简介)结温升、量子效率快速下降；结温升、寿命快速缩短；结温升、阻挡层电势差下降，光子红移；结温升、光量子红移，荧光粉激发效率下降。大

7、比例自身能耗是难以制成大功率LED和光效低的原因常规光源需要以60%~95%能量维持高温发光体，否则不能正常发光；LED的发光中心必须是低温的，高温将破坏P-N结功能、危害发光机制；70%以上的能量消耗在P-N结，对于大功率LEDP-N结温升过大，这是LED不能做大、光效低、光衰大、寿命短的内在原因；关键在于降低结温度；160lm/W的报导是实验室中冷态样品瞬间的测试数据，这对正常运转的白光LED已经超过极限了，不可能长期保持这样的光效。200lm/W白光的设想是毫无根据的。多量子井或三基色LED芯片

8、的白光LED的光效可以再提高一些。5万小时、10万小时的寿命是早期单色超小功率LED的估计寿命，这样的LED不存在结温度上升的问题。白光LED中荧光粉的寿命通常不可能超过3万小时，在高温烘烤下光衰很大。LED配套电器的寿命不可能超过3万小时。我们的试验购某大公司的蓝光LED，发射光谱中心波长为470nm；黄色荧光粉主发射波段为540~620nm；在最佳荧光粉厚时光效<38lm/W，显色指数78(c图)。abcd不同荧光粉涂层厚度的白光LED的发射光谱荧光