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LED景观照明设计与研究-毕业论文(设计)

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  • 卖家[上传人]:jct2****808
  • 文档编号:89051867
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    • 1、密 级 公 开 毕业论文(设计)LED景观照明设计与研究毕业论文(设计)学术承诺本人郑重承诺:所呈交的毕业论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不存在抄袭情况,论文中不包含其他人已经发表的研究成果,也不包含他人或其他教学机构取得的研究成果。作者签名: 日 期: 毕业论文(设计)使用授权的说明本人了解并遵守衡水学院有关保留、使用毕业论文的规定。即:学校有权保留或向有关部门送交毕业论文的原件或复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公开论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文及相关资料。作者签名: 指导教师签名: 日 期: 日 期: 论文题目:LED景观照明设计与研究摘 要:论文主要介绍LED产生的背景和它的结构、工作原理、主要的性能参数等,以及它是怎样应用到具体的景观照明设计中去的。LED在实际应用中的优势伴随着使用范围的扩大而出现的不足和技术上的问题都亟待解决。LED以其体积小、耗电量低、使用寿命长、环保等优点,有望成为新一代理想的固态节能景观照明光源。但是随着LED 向高光强、高功率发展,LED 的散热问题

      2、日渐突出。散热问题影响到 LED 的光输出特性和器件的寿命。本文也涉及了一些解决关于LED散热的一些问题。关键词:LED; 景观照明;散热;背景;优势IIITitle:LED landscape design and reserchAbstract:Paper mainly introduces LED the background and its structure and working mechanism, the main function parameters, and how it is applied to the design landscape illumination.LED in practical application of the scope and with the expansion of the problems of shortage and technical problems.LED to its small size, the electricity consumption, durability and environmental advan

      3、tages can be a new generation of energy source. landscape illumination solid.But as LED to high power development, LED the ventilation problems have become increasingly prominent.Ventilation problems affecting the light of the output characteristics LED to a device. this also involves some solution have led to the problem.Keywords: LED;Landscape illumination;Ventilation ;backgroud;Advantage目 录摘 要:IAbstract:II1 绪论11.1 引言12 LED光源的发光原理32.1 LED的简介32.1.1 LED的发光原理32.1.2 LED的主要性能参数42.2 LED热效应的影响62.2.1

      4、LED的热效应对pn结正向偏压的影响72.2.3 LED的热效应对光色的影响82.2.4 LED的热效应对寿命的影响82.3 本章小结93 LED用于景观照明103.1 景观照明的基本概念103.2 景观照明设计的基本方法113.2.1立面投光(泛光)照明113.2.2内透光照明113.2.3其它方式113.3 LED在景观照明中存在的问题123.3.1 不一致性带来的问题123.3.2 驱动电路复杂的问题123.3.3 散热问题133.4散热的意义和解决方法133.4.1 结温与热阻133.4.2 常用加快LED热量散发的方法143.5 本章小结16结论17参考文献18致 谢1911 绪论1.1 引言 自从 1879 年美国科学家爱迪生发明白炽灯,照明发展到今天,已经不只是一项简单的满足人类基本生活需要的技术,而是改善人民生活,推动经济社会文化发展的物质条件,是城市文明进步和现代化建设的象征。LED,人类照明史的第四次革命LED是一种发光的半导体元件,被公认是21世纪最具发展前景的高技术产品之一,在引发照明革命的同时,也为推动节能减排、环境保护做出重大贡献。随着政府的大力推广和全球产

      5、业梯次转移,未来的景观照明,将是LED翩翩起舞的世代。城市景观照明对城市绿化、雕塑、沿江风光带、城市休闲广场、城市桥梁及其它建筑物起到渲染气氛、增加视觉效果的作用。LED光源具有无汞、节能、对环境无电磁干扰、无有害射线等特点。首先,LED属于低压供电,减少了为达到绝缘要求的开销;其次,它的结构简单, 属于固体光源,不充气、不存在气体密封性问题,不要玻璃外壳,耐冲击,耐振动,不易破碎;再次,LED是冷光源,可控性好,响应时间快,可反复频繁亮灭,不会疲倦;第四,LED光源的色彩纯正、丰富,可演变任意色彩,胜过了彩色金卤灯,其装饰性无与伦比。这些都是LED光源用于景观照明的优势。另外,LED光源轻质结构(环氧树脂封装),体积小巧,能适应多种几何尺寸和不同空间的大小,其特点决定了它的灯具强度和刚度比其它电光源的要求低。目前,常规的景观灯有庭院灯、步道灯、草坪灯、壁灯、建筑物轮廓灯、小型射灯、道路分道灯、地埋灯、水下灯等,这些均可采用LED光源。LED光源的精巧,使它的柔性化很好,可形成多种点、线、面、球等形状。根据景观照明装饰美化的目的,LED光源通过微智能化控制技术,其变化可做成适合点、线、

      6、面、球及其他异型:闪变(闪烁)控制,适合形成“点、线”,渐变(柔变)控制,适合形成“面”;动变(跳跃)控制,适合形成图案的纵向、横向动感变化。以上三种变化亦可变成球体的旋转运动,也能做到单体控制和群体控制。 综上所述,LED光源在城市夜间景观照明上的装饰作用是其它任何光源无法相比的。而且LED的单管功率只有0.03-0.06W,且驱动电压低(1.5-3.5V),电流小(15-18mA),在形成同等照明效果的情况下,它的耗电量只有白炽灯的八分之一,荧光灯的二分之一,可见用LED光源代替普通灯和荧光灯用于景观照明,其节能效果是非常明显的。而且 LED光源寿命是白炽灯的100倍、荧光灯的20-30倍,免去了频繁维修之苦,加上它丰富的色彩和良好的可控制与柔性,用于城市景观照明设计是合适的。2 LED光源的发光原理2.1 LED的简介 LED(Light Emitting Didoe),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极一端连接电源的正极,整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由三部分组成,一端是P型半导

      7、体,在它里边空穴占主导地位,另一端是N型半导体,这里主要是电子,之间通常是1-5个量子阱,当电流通过导体作用于这个晶片时,电子和空穴就会被推向电子阱,在量子阱内电子与空穴符合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED的发光原理。而光的波长也就是光的颜色,由形成PN结的材料决定。 图2.1 LED的基本结构2.1.1 LED的发光原理LED发光原理可以通过能带结构解释,如图2.2所示,N区导带底附近有大量迁移率很高的电子,P区中存在较多的迁移率较低的空穴。虽然存在大量的空穴和电子,但在常态时,由于PN结的阻挡,空穴和电子不能发生自然复合。当在PN结上加正向电压时,如图2.3所示,在外加电场作用下,PN结的厚度随着载流子浓度的增加而减薄,结势垒降低,大量的电子从高能态的导带跃迁到价带与空穴复合时。电子与空穴的复合将一部分能量以光子的形式转换为光能,或者以光子的形式转换为热能。当在PN结上加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。 图2.2 热平衡条件下Pn结的能带图 图2.3外加正偏电压下pn结的能带图严格说来,二极管发光分为两种:第一种是注入的电子与价带空穴的直接复合或者电子先被发光中

      8、心捕获后再与空穴复合,发出的光均为可见光。第二种是注入的电子的一部分被非发光中心捕获后再与空穴复合,发出的光为不可见光。LED发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大,光量子效率越高,发光效率越高。LED所发的光波波长入取决于材料的禁带宽度,满足,其中h为普朗克常数,c为真空中的光速。因此,选用禁带宽度不同的半导体材料,就可以制造出发光颜色不同的LED,现在常见的有红、黄、绿、蓝发光二极管。2.1.2 LED的主要性能参数1.发光效率:发光效率是LED的一个重要的性能指标,用l m/W来表达。发光效率包括内量子效率和外量子效率、提取效率及流明效率。内量子效率指单位时间内芯片有源区发出光子数与注入芯片电子数之比,与材料的种类、质量有关,目前随着芯片外延技术的发展和MOCVD技术的成熟,LED芯片的内量子效率均大于98%。外量子效率是指芯片输出光子数与注入芯片电子数之比。提取效率指芯片输出光子数与芯片有源区发出光子数之比。流明效率肠指器件输出光通量与输入器件电功率之比。内量子效率和外量子效率都反映了LED的光电转换效率。一般来说,发光效率是指外量子效率。内量子效率、外量子效率和提取效率之间的关系可以由下面的表达式表示: (2-1)其中J(x,y)力表示有源层中的电流密度。由于流明效率除了和LED的外量子效率有关外,还与人的视觉函数有关,因此,对于发可见光的LED而言,其流明效率较量子效率更受关注。LED器件流明效率的大小,取决于光谱流明效率和能量损耗相关等几个效率的大小。随着能量损耗相关效率的逐步提升,LED器件流明效率也朝着其极限值光谱流明效率逐步提高。在量子效率相同的情况下,绿光具有最高的流明效率。目前国内外的研制者常常结合光学原理,在芯片的外延结构和工艺方法上进行探索,以制造出发光效率较高的LED芯片。目前采用电流扩散层、高低电阻系数层、厚窗口层等方法可以促使电流扩散,提高PN结发光效率,利用布喇格反射层、透明衬底、表面电极吸收。目前的主流结构有采用GaP厚窗口层的InGaAIPLED芯片结构,

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