灯具店的实习经验

2020-03-03 22:14:13 来源：范文大全收藏下载本文

琼州学院暑期社会实践论文(调查报告)

题目：社会实践论文

作者：

院别：艺术学院

班级：09环境艺术设计

指导老师：

2011年 9月1日

社会实践论文

琼州学院09级环境艺术设计班

摘要：通过对led灯的设计实践，对室外照明中有正确的手法和对比认识，结合LED发展的现状，提出使LED更广泛地进入照明市场的可行思路

关键词：灯光景观照明灯具

室外照明近20多年来，LED已在发光效率、寿命、稳定性等方面取得了巨大的突破，孕育着21 世纪照明的革命。但目前LED 光源在芯片质量、光电性能、封装工艺和材料、散热技术、驱动电路、非成像光学设计、相关标准和性价比等方面还存在问题，使LED在照明的推广应用中呈现说易行难的局面。因此试图通过对研发LED 光源的壁垒进行探讨，结合LED发展的现状，提出使LED更广泛地进入照明市场的可行思路。

1.1 发光效率

众所周知，单颗LED 的光通量有限，其解决途径之一是提高其发光效率。一般而言，提高LED 发光效率的途径主要是改进其内量子效率和外量子效率。内量子效率( Internal quantum efficiency) 是每秒辐射复合产生的光子数与在有源区内每秒复合的电子空穴对总数之比; 外量子效率( External quantum efficiency) 是器件每秒发射的光子数和每秒通过LED 的电子数目之比。提高内量子效率的关键在于改进晶体的外延工艺、减少晶体的错位等缺陷，通过优化量子阱阱宽等措施改善量子阱结构，从而进一步提高芯片质量和改善器件性能。提高外量子效率，主要是从芯片技术角度出发，如优化衬底剥离技术、表面粗化技术和采用光子晶体结构等，这些技术措施同时也能提高芯片内量子效率。

1.2 散热问题

供给LED 工作的电能70% 以上会转换成热量，与传统光源不同，白光LED 的发光光谱中几乎不包含红外部分，所以其热量不能依靠红外辐射释放。由于热量集中在微小的芯片内( 一般芯片尺寸在1mm × 1mm ～ 2.15mm × 2.15mm 范围内) ，功率型LED 的驱动电流一般为350mA，甚至已达1A，这将引起芯片内部热量聚集，结区温度升高，从而明显降低芯片的出光率。如结点温度上升10℃，光效和寿命均会下降一半以上; 还将导致芯片的发射波长漂移，使其与荧光粉的激发波长不匹配，降低荧光粉的激射效率，进一步地降低白光LED 的发光效率，也会加速荧光粉老化，严重影响器件的光学性能。因此散热问题成为LED 光源推广应用中须十分注意解决的方面。LED 的散热性能很大程度上取决于器件的封装结构和封装材料。针对传统LED 采用的正装结

构，为增强散热产生了芯片倒装技术。同时受硅片材料机械强度与导热性能的限制，LED 传热性能的进一步提高需要新材料相匹配; 如采用芯片封装在金属夹芯的PCB 板上的结构及通过封装到散热片上来解决散热的方法，由于夹层中的PCB 板是热的不良导体，也会阻碍热量传导。就封装工艺应用的粘结材料、荧光粉、灌封胶、散热基板等材料而言，粘结材料和散热基板是LED 散热的关键。如选用的导热胶导热特性较差，或选用的导电型银浆在提升亮度的同时发热过多，且含铅等有毒金属，则势必影响LED 的性能。基板材料可以选用陶瓷，Cu /W 板等合金作为散热材料。最近，韩国首尔研究所报道有热阻为一般铝材几分之一的铝合金问世，但这些合金生产成本过高，不利于大规模和低成本生产。LED 封装结构、封装材料、导热胶涂敷及电极的焊接工艺都将影响芯片侧表面和上表面的散热能力，因此必须给予充分的重视和细致的考虑。LED 产生的热量绝大部分是通过热传导的方式传到芯片底部的热沉，再以热对流的方式耗散掉。所以采用新型的热管工质配方，使用高效传热的热管器件，不但散热效率高、结构紧凑、体积小，而且热管两端可自由收缩，热应力小，水蒸汽与热源之间能双重阻隔，确保安全不渗漏和烟阻小，易于清灰，减少能耗，从而使热管散热技术在大功率LED 照明装置上得到广泛采用。对于使用多个LED 且其密集排列的白光照明系统，由于模块间互相影响，热量的管理问题更加重要，除了芯片层面减少管芯热阻外，还应采用高热导率的封装材料、设计更合理的热沉、优化驱动电源等以降低封装后器件的热阻，提高器件性能

1.3 非成像光学设计

由于LED 芯片体积小，结构紧凑，其发光面积相对来说更小，是一种180°出光的朗伯体光源，其光强分布与出光角的余弦成正比，亦即LED 光源所发出的光线在被照表面上所形成的照度随出射角的增大而迅速衰减。显然这样的光源特性是很难满足照明用途的实际需求的，因此需要根据不同的应用场合和需求，针对LED 光源的特性进行二次光学设计，从而实现对LED 芯片所发出的光进行整形，尤其针对光强分布情况。这样的二次光学设计过程实际上已属于非成像光学设计的范畴。与关心光源信息传输的成像光学系统设计比较，非成像光学系统设计关心的是光源能量的利用和光分布控制。由于非成像光学系统的结构简洁，能量利用率高，因此在LED 照明系统设计中引起人们广泛的关注，它对LED 照明系统在被照表面实现所要求的光分布能起到决定性的作用。如今已有公司推出新型的LED 路灯产品，它将采用非成像光学概念设计的透明塑料盖罩放在每一单颗LED 前，然后只要将这样的单颗LED 安装到散热平面上，就能制成满足道路照明要求的LED 路灯，而不需要再配置具有光学设计的反光镜。当然

设计满足三维给定光分布应用需求的非成像光学封装系统，仍然是当今LED 光源进入照明市场更多地取代传统光源的关键技术之一，这也是促进LED 照明技术推广应用的良好切点。

1.4 成本

成本高是LED 推广应用不可回避的问题，一次性投入较大及产品性价比问题是影响LED 照明普及的重要原因。要产生1 000 lm 的光通量，白炽灯的成本小于5 元人民币; 紧凑型荧光灯的成本小于10 元人民币; 而对于LED 光源，需要使用十颗大功率 LED，成本超过100 元人民币。LED 的成本问题是与 LED 技术瓶颈的解决紧密相连的，关键技术瓶颈的突破无疑将会带来LED 成本的大幅下降。2009 年，我国某资助高达500 万元的LED 863 项目，就是要求研制完成产生1 000 lm 光通量的LED 光源，而其成本应为40 元人民币。

1.5 我国LED 产业发展面临的挑战

LED 产业链主要包括外延片生长和芯片制造的上游产业、LED 器件和LED 封装的中游产业以及 LED 应用的下游产业。美国、日本、欧盟在LED 研发领域已申请了许多材料生长、管芯制作、封装等相关核心技术专利，占据LED 光源所有专利的90% 以上; 我国台湾地区及韩国部分光电企业经过发展也拥有了一定的自主知识产权，并占有相当的市场份额。

就我国具体情况而言，在LED 产业链中面临的最大挑战是大部分企业和研发单位集中在封装和应用的产业链下游，在占LED 光源65% 以上利润的芯片制造上游产业的力量极其弱小，整个产业缺乏自主知识产权和核心竞争力。根据最近的不完全统计，目前我国从事LED 的企业已达到6000 多家。但令人遗憾的是，应用产品和配套企业占了绝大多数，有 5000 多家; 其次是封装企业，约有600 家; 最少的是从事外延生长、芯片制造的企业，研究单位和生产企业总共只有40 多家。尽管我国的LED 外延和芯片生产近年来也有很大发展和进步，但总体仍停留在中低档水平。我国高光效、高可靠性的LED 应用产品所用的高档外延芯片几乎全部依赖于进口，目前国内品牌的高光效的功率型芯片质量还没被人们认可。

目前，存在一种误解，似乎只要购买MOCVD 设备就能生产出高光效的芯片，以致出现了2011 年我国向国外预订MOCVD 设备的高潮，订货数量远远超过国际上两家最主要的MOCVD 生产公司———美国Veeco公司和德国Aixtron 公司年生产能力的数倍。仿佛买纺织机就能织出好布，其实制造芯片的Know-how 技术才是我们该下功夫的键。

1.6 标准

目前LED 无论在产品规格或测量上均缺乏适当的标准。为了使各种不同形式及应用的LED 光源能有正确、可靠且具一致性的评估标准，制定相关的 LED 标准便成为LED 产业迫切的需求。就产品标准而言，目前市场上的LED 照明产品性能良莠不齐，产品信息大都不够准确、完整，因此 LED 相关产品的规格标准的制定已成为关注焦点; 就测量标准而言，LED 的光电及热学特性不同于传统光源，使得LED 的测量方法无法完全套用传统照明光源的测量技术。

CIE 在1997 年提出了编号为127 的技术文件《Measurements of LEDs》( 俗称CIE-127) 。在CIE-127 当中，CIE 提出了“平均LED 光强度( Average LED intensity) ”的概念及作为测量LED 光强度的一种参考方法，也对LED 全光通量的测量方法提出了建议。然而随着LED 技术的快速发展，CIE-127 所提出的测量方法已不足以解决现阶段LED 测量的问题，尤其对于高功率LED 而言。因此，CIE 陆续成立数个技术委员会以解决LED 测量的相关问题，其中以修订原有的CIE-127 为目标的技术委员会已完成修订工作，并已于2007 年以第二版的形式公布了CIE-127: 2007。在修订版中，最大的改变是提出了“部分LED 光通量( Partial LED flux) ”的概念。但CIE-127: 2007 仍然无法解决许多目前高功率LED 所遇到的测量难题。如用于LED 光强、光通量等重要光度参数测量的探测器，一般是使用硅光电二极管，探测器的灵敏度R( λ) 无法与光谱视见函数V( λ) 在所有光谱点准确匹配，特别是现有探测器在蓝、红波段误差较大，因此，用光电池探测器测量蓝光、红光LED 的光通量时会产生很大误差。为了达到匹配，通常需在探测器前加一组滤光片，由于滤光片材料的限制，要达到完全一致是很困难的。而且，LED 的温升也将严重影响 LED 的光输出性能，从而影响光参数的测量。LED 封装的多样性也决定了其空间光分布的复杂性和测量的难度。

结束语

只有在全面了解LED 灯具研发壁垒的基础上，才能较好地认清国LED 产业未来的发展方向。