本書主要介紹設(shè)計LED照明產(chǎn)品時常用的LED器件評價與選型的基礎(chǔ)知識和實操方法。全書共分為5章,分別介紹照明基礎(chǔ)知識、LED器件原理、LED器件可靠性、LED器件的選型以及應(yīng)用案例。全書內(nèi)容由淺入深,以LED器件的評價方法為主線貫穿全書,各章節(jié)又自成體系,可跳躍閱讀。
本書適合大專以上的學(xué)生、工程師閱讀,也可供大專院校師生參考。
以往介紹照明理論或器件可靠性的書籍,往往只介紹理論,即使有實際算例,往往也只在書本內(nèi)簡單示范,離實際應(yīng)用往往還有較大差距。本書有較多具體計算程序,并統(tǒng)一用當(dāng)前流行且易于上手的Python語言撰寫,并在網(wǎng)站提供源代碼下載,工程師甚至不需要大的修改就可以直接套用相關(guān)計算程序作為產(chǎn)品開發(fā)輔助工具。除程序源代碼以外,還有大量有用的數(shù)據(jù)表格,省去了以往書籍將重要表格列在附錄中,工程師使用時需要手動輸入的繁瑣工作。此外本書適合眾多口味的讀者。只關(guān)心原理的讀者可以在本書中快速了解相關(guān)原理綜述;喜歡計算細節(jié)的讀者可以在本書中找到詳細的推導(dǎo);需要實際計算和模擬工具的讀者直接下載本書配套資源即可得到。
前言
近幾年LED照明技術(shù)越來越成熟,競爭也越來越激烈。許多廠家紛紛尋找新藍海,開拓高附加值領(lǐng)域。其中,智能照明、人因照明、植物照明等照明的新領(lǐng)域,往往都有一個共同特點,那就是不再以單獨追求光效為目標,而是更看重光品質(zhì)。光品質(zhì)的基礎(chǔ)是光譜,按需提供光譜,也就是所謂的光譜工程,是當(dāng)下研究和應(yīng)用的重點。以往獲取光譜及其參數(shù)基本是靠機器測試,但在光譜工程時代,一般都需要進行光譜模擬,對假想的光譜進行參數(shù)計算,再結(jié)合試驗確定終方案。因此基于光譜的各種計算,成為當(dāng)前從事照明新領(lǐng)域的相關(guān)人員技能。
另外,智能照明、人因照明、植物照明等高附加值領(lǐng)域,對產(chǎn)品可靠性的要求往往較高,如何根據(jù)加速壽命試驗得到的數(shù)據(jù)來計算實際應(yīng)用環(huán)境下照明產(chǎn)品的壽命,以及如何設(shè)置惡劣測試條件來模擬實際的惡劣應(yīng)用環(huán)境來評估產(chǎn)品的可靠性,也成為當(dāng)前從事照明新領(lǐng)域的相關(guān)人員技能。
由于目前LED產(chǎn)品品牌、種類、型號非常多,例如,僅三星LED一個品牌目前就有1000多個型號。此時照明廠商需要快捷有效的評價工具,根據(jù)產(chǎn)品需要,對眾多LED器件進行綜合評價,選用合適的LED器件來開發(fā)產(chǎn)品。這是當(dāng)前從事照明新領(lǐng)域相關(guān)人員的另一項技能。
目前市場上缺乏引導(dǎo)工程師了解和掌握以上三個技能的參考書籍,相關(guān)書籍往往僅在單一領(lǐng)域深入講解,此時缺乏相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域背景的工程師很難快速理解和掌握相關(guān)知識及計算方法。例如光度、色度參數(shù)計算,有專門的光度學(xué)、色度學(xué)書籍,但這類書籍全都與照明無關(guān),僅從顏色角度來深入闡述,而從事照明工作的工程師是不需要了解那么多與色度有關(guān)的知識,如非相關(guān)專業(yè),也很難理解那么多且深奧的專業(yè)知識。再如可靠性,也有很多電子元器件、半導(dǎo)體器件的可靠性書籍,但沒有僅針對LED可靠性的單一書籍和具體計算過程。此類可靠性書籍往往非常深奧,需要大量的數(shù)學(xué)知識,很多工程師望而生畏。其實LED可靠性的核心計算只需要深入了解和運用對數(shù)正態(tài)分布和威布爾分布即可。具體到LED器件評價與選型,就更加沒有現(xiàn)成的書籍參考,更多是要在工作中積累經(jīng)驗。本書作者從事LED 照明產(chǎn)品開發(fā)和LED 器件技術(shù)支持工作多年,有豐富且實用的評價理論和選型技巧,本書將這些經(jīng)驗分享給工程師,可讓工程師在實際工作中少走彎路。
全書分為5章。第1章主要介紹照明基礎(chǔ)知識,包括光度學(xué)、色度學(xué)和常用照明標準,著重舉幾個計算實例,這一章是第4章的基礎(chǔ)。第2章簡要介紹LED器件的工作原理和生產(chǎn)工藝,目的是讓讀者更好地理解LED器件可靠性的影響因素,故這一章是第3章的基礎(chǔ)。第3章介紹可靠性一般理論,具體介紹LED有關(guān)的兩個常用可靠性指標光衰壽命和開關(guān)壽命,同時介紹環(huán)境因素對LED器件可靠性的影響,第3章同樣是第4章的基礎(chǔ)。第4章具體介紹LED器件的評價與選型。第5章是具體應(yīng)用實例,選擇植物照明和人因照明兩個典型例子,內(nèi)容詳細,工程師可按照此章內(nèi)容制作出可用的樣品。
全書內(nèi)容有明顯層次劃分,大部分內(nèi)容為所有讀者均可閱讀的內(nèi)容。涉及計算時,會分為三個層次。個層次適合LED 設(shè)計總監(jiān)閱讀,內(nèi)容是計算原理和計算步驟;第二個層次適合經(jīng)理閱讀,內(nèi)容是具體的公式推導(dǎo)和計算細則;第三個層次適合工程師閱讀,內(nèi)容為計算程序和相關(guān)注釋。這樣劃分,讀者可對內(nèi)容進行選擇性閱讀,分別可把握宏觀、微觀和操作層面的內(nèi)容。
本書可作為一本案頭實用工具書,讓讀者在實際工作中隨時有理論依據(jù)可查,有計算工具可用。讀者在閱讀本書時,如果有問題需要討論,可搜索QQ 群811382768,驗證信息讀者,加入該群后可討論與本書有關(guān)內(nèi)容。全書有較多具體計算程序,統(tǒng)一用當(dāng)前火熱且易于上手的Python編寫,工程師不需要大的修改即可直接套用相關(guān)計算程序作為產(chǎn)品開發(fā)時的輔助工具。本書涉及的程序源代碼以及部分資料也可在群文件處下載。
此外,本書作者計劃針對個別較難理解的章節(jié)和內(nèi)容,錄制一些講解視頻,并放在網(wǎng)上供讀者觀看,有需要的讀者請登錄https://www.bilibili.com/,并搜索Up 主Pascalkang觀看。
在此對中國電力出版社的建議和鼎力支持深表感謝,限于作者學(xué)識和能力,書中不當(dāng)和欠缺之處,請予以批評指正。
目錄
前言
第1章 照明基礎(chǔ)知識 1
1.1 光度學(xué) 1
1.1.1 照明歷史1
1.1.2 光學(xué)基本概念2
1.1.3 輻射度量與光度量11
1.1.4 黑體輻射譜20
1.1.5 計算實例31
1.2 色度學(xué) 41
1.2.1 色品坐標41
1.2.2 相關(guān)色溫52
1.2.3 色容差53
1.2.4 顯色指數(shù)68
1.2.5 TM30 73
1.2.6 犇uv 91
1.2.7 主波長和色純度97
1.2.8 CQS 101
1.2.9 計算實例120
第2章 LED器件原理 132
2.1 LED發(fā)光原理 132
2.1.1 LED發(fā)展簡史132
2.1.2 輻射和非輻射復(fù)合134
2.1.3 輻射復(fù)合理論141
2.1.4 LED電氣特性147
2.1.5 光學(xué)特性158
2.2 LED制作工藝 163
2.2.1 外延164
2.2.2 芯片193
2.2.3 封裝230
2.3 LED器件主要參數(shù) 246
2.3.1 LED器件的電學(xué)參數(shù)247
2.3.2 LED器件的光學(xué)參數(shù)250
2.3.3 LED器件的其他參數(shù)252
2.4 常用封裝形式及應(yīng)用 253
2.4.1 2835 254
2.4.2 4014 255
2.4.3 5630 255
2.4.4 3030 255
2.4.5 3535 256
2.4.6 5050 256
2.4.7 COB 257
2.4.8 CSP 258
2.5 LED器件常見失效及機理 258
2.5.1 位錯、缺陷生長和運動260
2.5.2 芯片破裂262
2.5.3 雜質(zhì)擴散262
2.5.4 電遷移263
2.5.5 鍵合引線斷裂或焊球疲勞265
2.5.6 電接觸層金屬化互擴散266
2.5.7 靜電損傷267
2.5.8 封裝體碳化268
2.5.9 分層269
2.5.10 封裝體黃化270
2.5.11 透鏡破裂273
2.5.12 熒光粉熱猝滅273
2.5.13 焊點疲勞275
第3章 LED器件可靠性 277
3.1 可靠性基礎(chǔ)知識 277
3.1.1 可靠性與壽命試驗278
3.1.2 試驗條件280
3.1.3 環(huán)境應(yīng)力篩選283
3.1.4 可靠性數(shù)據(jù)285
3.1.5 可靠性數(shù)學(xué)基礎(chǔ)287
3.1.6 退化數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析301
3.2 LED的光衰壽命 311
3.2.1 IESLM8015 311
3.2.2 IESTM2111 317
3.2.3 TM21以外的壽命評估方法331
3.2.4 整燈壽命與燈珠壽命的關(guān)系355
3.3 LED的開關(guān)壽命 359
3.3.1 LED器件開關(guān)壽命的理論模型360
3.3.2 LED整燈的開關(guān)壽命362
3.4 常用環(huán)境測試 363
3.4.1 硫化試驗363
3.4.2 高溫高濕試驗365
3.4.3 氨氣試驗366
3.4.4 鹽霧試驗366
第4章 LED器件的選型 369
4.1 需考慮因素綜述 369
4.1.1 專利369
4.1.2 品牌370
4.1.3 性能和價格371
4.1.4 可靠性376
4.1.5 特殊要求378
4.2 光源產(chǎn)品LED選型 379
4.2.1 LED燈管379
4.2.2 LED球泡燈384
4.3 室內(nèi)燈具LED選型 388
4.3.1 商業(yè)照明388
4.3.2 GB50034 393
4.3.3 IEC62471和IEC62778 394
4.3.4 其他室內(nèi)標準403
4.4 戶外燈具LED選型 404
4.4.1 道路照明404
4.4.2 體育場照明405
4.5 國際標準法規(guī)對LED選型的要求 409
4.5.1 Title20/24 409
4.5.2 DLC 410
4.5.3 ERP 411
第5章 應(yīng)用實例414
5.1 植物照明及其在植物工廠中的應(yīng)用 414
5.1.1 光合作用415
5.1.2 非光合作用431
5.1.3 植物照明基本概念和參數(shù)438
5.1.4 植物照明典型應(yīng)用442
5.1.5 植物照明的發(fā)展方向及認證標準453
5.1.6 大麻基礎(chǔ)知識461
5.1.7 植物照明在大麻照明中的應(yīng)用464
5.2 節(jié)律照明及其在教室照明中的應(yīng)用 464
5.2.1 褪黑素的合成和作用466
5.2.2 CIES026/E:2018 488
5.2.3 節(jié)律照明在教室照明中的應(yīng)用508
參考文獻531