LED在绿色照明工程中的应用
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作者: 陶小环
摘要：LED作为新兴的绿色照明光源发展速度很快，其寿命长、安全舒适、节电能耗低、保护环境等特点，在一定程度上提高了人们工作学习的条件，为绿色照明工程注入新的活力。本文介绍了LED的技术原理，讨论了LED的特点和优势，并且确定了LED在照明工程的应用方向，分析了照明应用中存在的主要技术问题。
关键词：LED 绿色照明
什么是LED？LED(Light Emitting Diode)照明即发光二极管照明，该技术是利用半导体材料中的载流子电子与价带空穴在电场的作用下，进行能量转换复合放射出一定频率的光子，不同半导体材料有不同的带隙，可以发出各种颜色的光。光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，发光波长为λ≈1240/Eg(mm)。电子与空穴之间距离越大，复合产生的能量越多，而光的颜色和光子的能量对应，在可见光范围内，红光、黄光能量比较小，蓝光和紫光能量最多。LED照明产品就是利用LED光源制造的照明产品，它会逐步取代传统光源，成为21世纪的绿色照明产品。
一．LED具有的独特优势
1.使用寿命长
LED光源也称作长寿灯。由环氧树脂封装，灯体不会因为外界机械撞击而松动，不存在电子光场辐射发光，容易热沉积、灯丝易烧、光衰等，平均使用寿命可以达到5到10年，比传统光源寿命长十倍以上。LED灯不仅体积小，而且可以维护费用低，避免长期更换。
2.发光效率高
传统白炽灯光效为8 lm/w，卤钨灯光效12-24 lm/w，荧光灯 50-70 lm/w，钠灯90-140 lm/w，大部分耗电变成热损耗。与传统灯的性能做比较，固体冷光源光效高，可以达到50-100 lm/w ，LED 经过长期的技术改良，其发光效率有了较大的提高，最终可以达到200 lm/w。由于LED灯光谱范围短，单色性好，可以直接发出各种颜色的可见光。
3.耗电少
LED是高节能的光源，作为直流去顶，其单管功率为0.03-0.06 w，电光转换率高达百分百。单管驱动反应速度快，在电压范围为1.5-3.5 V，电流为15-18 mA，可以高频操作，传统白炽灯光源是其耗电量的8倍，荧光管耗电是其2倍。LED作为环保无污染光源，代替传统光源，可以节约六十亿升原油每年。比如，作为桥护栏灯用每个功率为8W的LED照明，可以代替40W的日光灯，并且可以发出多种颜色的光。
４.安全可靠
LED作为固体冷光源没有热量，光谱中没有红外和紫外线，没有辐射，而且无眩光，能精确控制发光角度及光型，其光色柔和，没有污染，不含钠、汞元素等污染元素，可以安全触摸，环保效益更好。由于其可以内置微处理系统可以调整发光类型，控制发光方式和强度，实现灵活多变的艺术形式。
５.有利于环保
由于LED光源启动时间短、反应速度快，体积小、重量轻，便于开发小型照明产品，方便安装；而且寿命长，结构牢固可以抗震抗冲击，在公共环境中使用比较安全，废弃物没有污染可以回收，环保和也能效果佳。
二.ＬＥＤ在照明工程中的应用
由于LED光源使用寿命长、发光效率高、耗电量少、安全可靠性强、有利于环保，应用越来越广泛。LED在城市照明工程中可以用于标识和指示照明的信号显示领域、室内空间展示照明、景观照明、建筑物外观照明和娱乐场所及舞台照明中。
标识与指示性照明
在很多公共场所，需要进行空间限定和指引，比如紧急出口的指示、楼梯间隔的局部指示、路面分隔照明等等，均可以采用将LED自发光光源嵌入墙壁或者地面上。比如购物中心楼层的指示灯，电影院地面的引导指示灯和座位侧面的指引灯。与霓虹灯相比，由于LED抗冲击的特点，不会因为在制作中任意变形而增加额外的费用，而且低电压节能，在指示标引的照明中值得推广。
2.室内空间展示照明
由于ＬＥＤ光源没有热辐射，在室内空间展示中对于展品或者商品不会产生损害，所以可以代替大多数光纤照明器具。照明系统简单，灯具方便简单，而且不必加滤光装置，节约费用。一般采用室内装饰性的白光ＬＥＤ结合室内装修为室内提供辅助性照明，商业照明大多为彩色LED，暗光带使用LED，使得照明品质得以提升。
3.景观照明
ＬＥＤ最小数量级为平方毫米数量级或更小，大ＬＥＤ灯具可看成由小ＬＥＤ组成；ＬＥＤ光源精确，在景观照明中可以适应适合大小和尺寸的空间装饰效果要求，比如对于点、线、面、球等各种形式，或者任何造型的灯光雕塑。是在景观照明中，由于LED低压供电，不仅安全可靠，而且节能环保。系统结构简单、体积小；可控性好、反应时间快；抗冲击，对于灯具的强度要求小。而且由于半导体材料PN结自身产生的色彩丰富纯正，可以根据三基色加数码技术，变成任何色彩，照明效果好。LED可以在城市街道、花园、滨水地带等休闲空间，用插拔式固定端，依据植物生长高度进行调节，和花卉植物等有机结合，进行隐藏式投光，取得很好的照明效果。
4.建筑物外观照明
利用光束角的圆头和方头外形的投光控制线性投射，是LED研发投射灯具的一大亮点，它方便安装，可以垂直或者水准方向安装，使得其对建筑物某个区域进行投射，照明与建筑物外观良好地结合。比较其传统的投光灯具，许多建筑物根本没有出挑的地方安装传统的投光灯，而LED不仅安装方便，而且这种方式为设计师带来了更多的创作手法，开拓了创作空间。
5.娱乐场所及舞台照明
由于色彩丰富，ＬＥＤ可控性好的优点，可以创造出从白光到全光谱中的任意颜色、静态和动态的照明效果，对于娱乐场所和舞台照明，可以对ＬＥＤ进行数字化色彩控制、调制动态、亮度不同的照明光。按照三基色原理、数字灰度控制技术，可以发出任何颜色的光，色彩效果丰富。与普通效果灯相比，LED发光精巧、克服了发光一段时间后颜色偏移问题；没有热辐射，使得场所空间更加舒适；其寿命长，减少了维护更换。
三．照明应用中存在的主要技术问题
LED是集光电子、光电机、固体发光、物理和化工、热传导多学科结合的产品，发光效率不断提高，但是，在照明应用和普及方面还是存在以下技术性问题：
1.LED 发出的光与自然光仍有一定的差距
白炽灯发光成分具有大面积黄色光，是暖光灯的效果，适合人眼视觉。而白光 LED 是固体冷光源，发出的光成分带有蓝光，在这种光的照明下，人们看东西的感觉易于疲劳，而且会使眼部产生不适应。
光通量还需进一步提高
LED输出光通量会随着温度的升高而下降，其寿命对温度很敏感，也会随之减少，对封装材料的散热性要求比较高。为了使LED光源达到光学指标，具有高可靠性，需要在温度较低的情况下，光通量较高，这样需要研究更适合的封装材料。
3.价格高
LED的成本价格比较高，这是影响其普及的原因。为了使得制造成本降低，需要改良晶片技术，使得其成本下降。目前，LED的价格比前几年下降了一半，为了LED在照明领域中市场得到提升，需要提高其性价比。
在照明领域，LED具有独特的优势。随着国家半导体照明工程的启动，LED的光效、散热和价格将得以解决，未来， LED作为一种新型的绿色光源产品，将会领军照明行业，在全球能源短缺的忧虑下，成为２１世纪绿色照明的骄子，半导体照明技术将进一步改变我们的世界。
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