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led灯具设计LED灯具设计的原理与关键因素

Answer 1

在能源短缺的情况下，全球都在强调环保，节约能源是我们未来将要面临的重要问题。而照明领域在能源界起着关键的地位，因此led灯具设计产品的应用正吸引着世人的目光。作为一种新型的绿色光源产品，二十一世纪将进入以led为代表的新型照明光源时代。led灯具设计也逐步在我们的家居生活中得到越来越多人的关注，一个时尚而环保的生活方式正被大家追捧。那么大家知道led灯具设计原理是什么吗？led灯具设计关键因素又是哪些？下面小编就来为大家具体介绍一下。
一、LED灯具设计的原理
恒流，降压为LED工作时所用的电流和电压。设计时应注意工作环境，灯具材料及散热方式选择，LED芯片的封装，还有散热器的设计，这几个方面综合考虑。
二、LED灯具的设计理念
LED灯具的设计理念有两种：一种是2008年由飞利浦公司提出的以环境的需求来设计灯具，叫情景照明，另一种是2009年由凯西欧公司提出的以人的需求来设计灯具，叫情调照明。
三、LED灯具设计的关键因素
1.散热为LED灯具设计关键
一般常称LED为冷光源，这是因为LED的发光原理是电子经过复合直接发出光子，而不需要热的过程。但是由于焦耳热的存在，LED在发光的同时也有热量伴随。而与传统光源不同的是，钨丝灯等传统光源将热量集中在灯丝，但LED的光源的热量却集中在发光二极管的PN结面上，两者相较起来，钨丝灯的散热面积仍远大于PN结界面的面积，甚至PN结面可以视为1个点，LED发光产生的热能全部集中在单一点上。在工程设计方面，“面”形式产生的热可用散热片或是自体增加热对流空间即可处理，但“点”状的热源在散热处理就更为复杂与困难，处理不妥很容易造成PN结面因高热、高电流出现击穿损坏，而组件长期处于高热，也会让产品的可用寿命受到影响。
另一方面，LED晶粒为提升亮度表现，必须在单位LED上施加更多电源功率，同时灯具设计也会采较多数量的LED同时运行，这将使灯具内产生大量的热。当单颗LED晶粒随亮度提升，功耗也由0.1W提升到1、3、甚至5W，经LED光源模型实测分析结果，封装模组也会因增加发光效能而出现热阻抗攀升的问题。
LED不同于白炽灯、荧光灯等传统照明光源，过高的温度会缩短甚至终止其使用寿命；原本单颗LED组件具20,000—40,000小时寿命，可能因功率与散热处理不佳降至仅2,000小时。而且LED是温度敏感器件，当温度上升时，其发光效率急剧下降。所以系统结构设计及散热技术开发是LED灯具设计急需面对的课题。
2.LED灯具的二次配光设计至关重要
光源在空间各个方向的光强分布即为配光，为了使LED芯片发出的光能够更好地输出，得到最大程度的利用，并且在照明区域内满足设计要求，需要对LED进行光学系统的设计。其中，在封装过程中的设计被称为一次光学设计，在使用LED发光器件时，整个系统的出光效果和光强、色温的分布设计被称为二次光学设计，也叫二次配光。
LED灯具的二次配光设计，对最终的照明器件和工程的性能起着至关重要的作用。第一，部分光线未能达到有效的照明范围从而导致能量的损失，需要二次配光提高光能利用率；第二，封装之后，像面照度分布均匀性达不到设计要求，难以在每一点的照度值都大于要求的最低照度值，这都需要对LED灯具进行二次配光设计。
3.LED灯具系统的可靠性是基础
LED光源，有人称它为长寿灯，作为固体发光器件，其理论寿命应在10万小时以上，使用寿命远比传统光源要长，因此在一些不易更换、维护的场合使用，维护成本可大大降低。但是目前在许多实际应用中却无法看到这个优点，反而给使用者看到的是光衰严重，且寿命短，有的用不到1万小时就坏了。
4.室内LED灯具的显色性、眩光问题
有业内专家评估：等到30%左右老百姓家里使用LED灯管以及灯杯，才是LED真正鼎盛期。也就是说LED在室内照明的广泛应用才是LED行业真正的春天。不言而喻，室内照明设计的好坏直接影响人们的日常生活和工作。除了LED灯具的成本高难以被大众接受的问题之外，人体在LED光源下工作生活的健康和舒适是室内LED灯具的核心问题。这其中主要包括LED灯具的显色性、眩光等问题。
人眼对色差的敏感性大大高于对光强弱的敏感性，因此，对照明而言，光源的显色性往往比发光效率更重要。目前白光LED普遍使用发蓝光的LED叠加由蓝光激发的发黄光的钇铝石榴石（YAG）荧光粉合成白光。由于其发光光谱中仅含蓝、黄两个波谱，所以存在色温偏高、显色指数偏低的问题，不符合普通照明要求。所以，加入适量发红光的荧光粉并能保持较高发光效率是LED白光照明中的一个重要课题。另外，LED灯具照明的眩光太强，远距离看只有一部分照进眼睛里，太刺眼。这也是一个亟待解决的技术问题。
除此之外，对于LED灯具，电源、光源以及驱动电路都是非常重要的组成部分，并且也是非常关键的技术。但笔者更倾向与将它们独立出去，不计为LED灯具的关键技术。