LED照明基础知识

LED照明基础知识.txt我都舍不得欺负的人，哪能让别人欺负？一辈子那么长，等你几年算什么我爱的人我要亲手给她幸福别人我不放心我想你的时候我一定要找得到你不许你们欺负他！全世界只有我才可以！放弃你，下辈子吧！！LED照明基础知识LED在照明工程中的运用已非常普遍，但照明设计人员苦于非常有限的产品选择，而生产企业研发的产品却难以找到市场。就这个问题文中讨论了LED在照明工程中是如何应用的，并提出了LED产品研发的设计要求，目的是使LED照明灯具的生产与研发更具有针对性。过去10年来，LED在颜色种类、亮度和功率都发生了极大的变化。LED以其令人惊叹而欣喜的应用在城市室内外照明中发挥着传统光源无可比拟的作用。LED寿命长达10万小时，意味着每天工作八小时，可以有35年免维护的理论保障。低压运行，几乎可达到100％的光输出，调光时低到零输出，可以组合出成千上万种光色，而发光面积可以很小，能制作成１平方毫米。经过二次光学设计，照明灯具达到理想的光强分布。快速发展的LED技术将为照明设计与应用带来崭新的可能性，这是许多传统光源所不可能实现的。认识LED的特点今天似乎全世界的目光都聚焦在LED这个新型的光源上，被誉为21世纪的绿色照明产品，甚至人们预言未来会大部分取代传统的光源。因为它具有寿命长、启动时间短、结构牢固、节能、发光体接近点光源（有利于LED的灯具设计）、薄型灯具，灯具材料选择范围大，不需要加反射器，低压，没有紫外辐射，尤其在公共环境中使用更加安全等特点。再加上LED光源的生产可实现无汞化，对于环境保护和节约能源更具有重要意义。传统的LED主要应用于信号显示领域、建筑物航空障碍灯、航标灯、汽车信号灯、仪表背光照明，如今娱乐、建筑物室内外、城市美化、景观照明中应用也越来越广泛。但是目前LED光源的寿命还不能达到所标出的100，000小时，实际寿命约在50，000小时左右，这主要与其散热方面的问题有关。在很小的空间里，随着功率的加大，半导体组件就会过热。再者，白色LED还不能达到普通灯泡所具有的亮度。LED在照明工程中的应用方向1、建筑物外观照明对建筑物某个区域进行投射，无非是使用控制光束角的圆头和方头形状的投光灯具，这与传统的投光灯具概念完全一致。但是，由于LED光源小而薄，线性投射灯具的研发无疑成为LED投射灯具的一大亮点，因为许多建筑物根本没有出挑的地方放置传统的投光灯。它的安装便捷，可以水准也可以垂直方向安装，与建筑物表面更好地结合，为照明设计师带来了新的照明语汇，拓展了创作空间。并将对现代建筑和历史建筑的照明手法产生了影响。2、景观照明由于LED不像传统灯具光源多是玻璃泡壳，它可以与城市街道家具很好的有机结合。可以在城市的休闲空间如路径、楼梯、甲板、滨水地带、园艺进行照明。对于花卉或低矮的灌木，可以使用LED作为光源进行照明。LED隐藏式的投光灯具会特别受到青睐。固定端可以设计为插拔式，依据植物生长的高度，方便进行调节。3、标识与指示性照明需要进行空间限定和引导的场所，如道路路面的分隔显示、楼梯踏步的局部照明、紧急出口的指示照明，可以使用表面亮度适当的LED自发光埋地灯或嵌在垂直墙面的灯具，如影剧院观众厅内的地面引导灯或座椅侧面的指示灯，以及购物中心内楼层的引导灯等。另外，LED与霓虹灯相比，由于是低压，没有易碎的玻璃，不会因为制作中弯曲而增加费用，值得在标识设计中推广使用。4、室内空间展示照明就照明品质来说，由于LED光源没有热量、紫外与红外辐射，对展品或商品不会产生损害，与传统光源比较，灯具不需要附加滤光装置，照明系统简单，费用低廉，易于安装。其精确的布光，可作为博物馆光纤照明的替代品。商业照明大都会使用彩色的LED，室内装饰性的白光LED结合室内装修为室内提供辅助性照明，暗藏光带可以使用LED，对于低矮的空间特别有利。5、娱乐场所及舞台照明由于LED的动态、数字化控制色彩、亮度和调光，活泼的饱和色可以创造静态和动态的照明效果。从白光到全光谱中的任意颜色，LED的使用在这类空间的照明中开启了新的思路。长寿命、高流明的维持值（10，000小时后仍然维持90％的光通），与PAR灯和金卤灯的50～250小时的寿命相比，降低了维护费用和更换光源的频率。另外，LED克服了金卤灯使用一段时间后颜色偏移的现象。与PAR灯相比，没有热辐射，可以使空间变得更加舒适。目前LED彩色装饰墙面在餐饮建筑中的应用已蔚然成风。6、视频屏幕全彩色LED显示屏是当今世界上最为引人注目的户外大型显示装置，采用先进的数字化视频处理技术，有无可比拟的超大面积与超高亮度。根据不同的户内外环境，采用各种规格的发光像素，实现不同的亮度、色彩、分辨率，以满足各种用途。它可以动态显示图文动画信息，利用多媒体技术，可播放各类多媒体文件。世界上目前最有影响的LED显示屏，当属美国曼哈顿时代广场纽约证券交易所，总计使用了18,677,760只LED，面积为10,736平方英尺。屏幕可以划分成多个画面，而同时显示，将华尔街股市的行情一目了然呈现在公众面前。另外崛起在上海浦东陆家嘴金融中心的震旦国际总部，整个朝向浦西的建筑立面镶上了长100ｍ的超大型LED屏，总计面积达到3600平方米。堪称世界第一。7、与工业设计相结合LED是近年来欧洲产品设计师的宠儿，他们将LED作为产品设计元素的一部分，驰骋于想象的空间，将光、玻璃或其它材料结合在一起，成为美轮美奂的艺术品。LED产品研发亟待解决的问题LED是21世纪最具发展前景的高技术照明领域。作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保等显著优点，将是人类照明史上继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯的又一次飞跃。在半导体照明产品的外延生产、芯片制造、器件封装、集成应用等几个环节已初步形成比较完整的产业链，但在白光照明实现LED功能化照明方面存在着许多制约因素。因此，在目前的情况下，对LED照明产品开发与设计寄予以下希望：1、满足人们对照明的个性化需求LED的模块化，为照明设计带来了便利，通过设计者充分合理的布局，使LED处于良好的工作状态。LED的产品在满足个性化照明方面是传统光源相形见拙的，LED产品形制的多样化将达到前所未有的程度。因此，LED产品个性化的研发与设计是所有LED灯具供货商必须要面临的最大挑战。2、面发光LED产品考虑建筑的模数化LED必须与城市设计和建筑设计相结合，才能满足设计者的需求。例如作为地面铺装的夜间装饰，产品的尺寸与地砖的尺寸相协调，即符合模数的要求：150×15；200×200；200×100；300×300；400×200等。3、小功率LED灯具设计LED产品应该能够找到他的用武之地。LED发光角度小，方向性强，可作局部重点照明。问题是要给设计师提供有足够大的选择范围，外观上也应有美观的要求。可以肯定地说，LED将会在未来引领照明的时尚与新潮。4、环保与节能，LED的合理利用LED与太阳能电池组合，将会扩大LED的应用范围与场所。5、大功率、高光效、高显色性的白光LED照明产品研发LED在照明领域的使用目前还受到技术水准和价格的限制，目前我国LED在照明领域应用的困难是LED白光光效不高（每瓦只有20流明左右），功率不大（几十毫瓦至一瓦）、价格贵。但是白光LED的发展前景看好，发光效率将达到100lｍ／ｗ，单颗的输出功率达到10W，大功率、高亮度LED集成封装技术的研究，包括驱动电路及特种灯具的开发，无疑是LED最终走入照明领域的关键。一旦光效和价格问题得到解决，LED将是未来照明的主体。２０世纪，石油、煤炭、天然气等主要能源面临资源枯竭的危险，同时，环保压力的不断增加，使环保、节能已经成为各行各业发展的趋势。太阳能作为地球上真正取之不尽的清洁能源，将是２１世纪最理想的绿色新能源，其利用的有效途径便是利用光伏发电技术将太阳能转化为电能。ＬＥＤ（LｉｇｈｔEｍｉｔｔｉｎｇDｉｏｄｅ）是一种能将电能转化为可见光的半导体器件，凭借其节能无污染的特点已运用于多个行业的照明领域中，因此作为集成了太阳能光伏发电和ＬＥＤ固态照明优点的太阳能ＬＥＤ照明系统，是新一代能源和新一代光源的完美结合。太阳能光伏发电是依靠太阳能电池组件（ＳｏｌａｒCｅｌｌｓ），利用半导体材料的电子学特性，当太阳光照射在半导体ＰＮ结上，由于Ｐ－Ｎ结势垒区产生了较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴，或者产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴，在内建静电场的作用下，各向相反方向运动，离开势垒区，结果使Ｐ区电势升高，Ｎ区电势降低，从而在外电路中产生电压和电流，将光能转化成电能。太阳能光伏发电系统大体上可以分为两类，一类是并网发电系统，即和公用电网通过标准接口相连接，像一个小型的发电厂；另一类是独立式发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路，不和外部电网产生关系。并网发电系统通过光伏阵列将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。而独立式发电系统光伏阵列首先会将接收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池中。在日照不足时，储存在蓄电池中的能量经过全桥逆变器后变成ＳＰＷＭ波，然后再经过滤波和工频变压器升压后变成交流２２０Ｖ，５０Ｈｚ的正弦电压供给交流负载使用。ＬＥＤ是一种在Ｐ－Ｎ结上施加正向电流时能发出紫外光、可见光、红外光的半导体固体发光器件。其发光机理的核心在于Ｐ－Ｎ结，当外加正向电压时，Ｐ－Ｎ结的平衡被打破，Ｐ区空穴进入Ｐ－Ｎ结中和原来的一部分负离子，Ｎ区电子进入Ｐ－Ｎ结中和原来的一部分正离子，这样就使Ｐ－Ｎ结变窄，由于外加电场使Ｐ－Ｎ结电场降低，引起电子势能的减少，减少的势能则转化为电磁能，以光子的形式释放出来。电子减少的能量越多，释放光子的能量也就越高。ＬＥＤ释放的光能量与电子的电量和点亮二极管的电压有关，即Ｅ＝ｑＶ（Ｊ）（ｑ＝－１．６×10-19Ｃ）。而释放的光的峰值波长则与发光芯片所用的半导体材料有关，即λ≈１２４０/Ｅｇ（ｎｍ）（半导体材料禁带宽度Ｅｇ），由计算可知若产生可见光，则芯片用的半导体材料的Ｅｇ应在１．６０～３．２６ｅｖ之间，这是研制和选择发光不同的波长光的芯片材料的主要依据。ＬＥＤ半导体照明光源具有广泛的优越性，除了使用寿命长、发光效率高、体积小、重量轻、环保安全可靠等优点以外，还有一个显著优点就是由于ＬＥＤ启动电压和工作电压一致，所以就不需使用镇流器。这样在节省成本和相关能耗的同时，也大大缩短了通断电的响应时间。太阳能光伏发电技术能与ＬＥＤ照明完美结合的关键在于两者同为直流电、电压低并能互相匹配。两者的结合不需要变频器将太阳能（ＰＶ）电池产生的直流电转化为交流电，因此大大提高了整个照明系统的效率。同时，借助于并网技术或可充放蓄电池，使所具有的优势显而易见。为了能充分说明两者的匹配性，我们建立了一个模型来进行分析。分别选择卤素灯、紧凑型荧光灯（ＣＦＬ）、线形荧光灯（ＬＦＬ）和ＬＥＤ四种光源，应用于ＰＶ供电照明系统中进行比较，对不同系统的整体效率进行评估，以此来确定影响系统效率的因素及各种不同应用领域中最佳的系统配置方案。太阳能ＬＥＤ照明产品是新一代的绿色环保照明产品，它的主要部件包括太阳能光伏电池（ＰＶ技术）和半导体照明光源（ＬＥＤ）。自１９９７年以来，光伏技术未来的发展前景已经被愈来愈多的国家政府和金融界（如世界银行）所认同。许多发达国家和地区纷纷制定光伏发展计划。美国计划到２０１０年累计安装４．６ＧＷ（美国能源部规划，含“百万屋顶计划”）；欧盟计划累计安装６．７ＧＷ（“可再生能源白皮书”），其中３．７ＧＷ安装在欧洲内部，３ＧＷ出口等等。预计今后的１０年中，光伏组件的生产将以２０％～３０％的速度发展，到２０１０年全球的ＰＶ安装率将达到３．２kＭＷ，ＰＶ营业额也将增加到１８５亿美元，市场也将由边远地区和农村的补充能源逐步向全社会的替代能源过渡。到２１世纪中叶，太阳能光伏发电将达到世界总发电量的１５％～２０％，成为人类的基础能源之一。同样，作为固态光源的ＬＥＤ