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LED光源照明手艺及在灯光情况中的使用
公布日期:[2013-4-26 18:47:09]    共阅[1524]次
  LED 光源在照明范畴的使用,是半导体发光质料手艺高速开展及“绿色照明”观点逐渐不得人心的产品。“绿色照明”是外洋照明范畴在上世纪 80 年月末提出的新概念,我国“绿色照明工程”的施行始于 1996 年。实现这一方案的主要步调就是要开展和推行高效、节能照明用具,节省照明用电,削减情况及光污染,成立一个优良高效、经济温馨、宁静牢靠、无益情况的照明体系。
  一、 LED 照明观点
  LED ( Lighy Emitting Diode ),又称发光二极管,它们操纵固体半导体芯片作为发光质料,当两头加上正向电压,半导体中的载流子发作复合,放出过剩的能量而惹起光子发射发生可见光。
  (一) LED 的开展汗青
  使用半导体 P N 结发光源道理制成 LED 问世于 20 世纪 60 年代初, 1964 年起首呈现白色发光二极管,以后呈现黄色 LED 。直到 1994 年蓝色、绿色 LED 才研制胜利。 1996 年由日本 Nichia 公司(日亚)胜利开辟出红色 LED 。 LED 以其固有的特性,如省电、期限长、耐震动,呼应速率快、冷光源等特性,普遍应用于指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等范畴,在我们的日常生活中到处可见,家用电器、电话机、仪表板照明、汽车防雾灯、交通信号灯等。但因为其亮度差、价钱高贵等前提的限定,没法作为通用光源推行使用。
  近几年来,跟着人们对半导体发光质料研讨的不竭深化, LED 制造工艺的不竭前进和新材料(氮化物晶体和荧光粉)的开辟和使用,各种颜色的超高亮度 LED 取得了突破性停顿,其发光服从进步了近 1000 倍,色度方面已实现了可见光波段的所有色彩,此中最重要的是超高亮度白光 LED 的呈现,使 LED 应用领域逾越至高服从照明光源市场成为能够。已经有人指出,高亮度 LED 将是人类继爱迪生创造白炽灯胆后,最巨大的创造之一。
  (二) LED 发光道理
  发光二极管次要由 PN 结芯片、电极和光学系统构成。其发光体--晶片的面积为 10.12mil ( 1mil=0.0254 平方毫米),今朝国际上呈现大晶片 LED ,晶片面积达 40mil 。
  其发光历程包罗三部门:正向偏压下的载流子注入、复合辐射和热能传输。细小的半导体晶片被封装在干净的环氧树脂物中,当电子颠末该晶片时,带负电的电子挪动到带正电的空穴地区并与之复合,电子和空穴消逝的同时发生光子。电子和空穴之间的能量(带隙)越大,发生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的色彩对应,可见光的频谱范围内,蓝色光、紫色光照顾的能量最多,桔色光、红色光照顾的能量起码。因为差别的质料具有差别的带隙,从而可以收回不同颜色的光。
  LED 照明光源的支流将是高亮度的白光 LED 。今朝,已商品化的白光 LED 多是二波长,即以蓝光单晶片加上 YAG 黄色荧光粉混淆发生白光。将来较被看好的是三波长白光 LED ,即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三色彩荧光粉混淆发生白光,它将代替荧光灯、紧凑型节能荧光灯胆及 LED 背光源等市场。
  (三) LED 光源的基本特征
  1、发光服从高
  LED 颠末几十年的手艺改进,其发光服从有了较大的提拔。白炽灯、卤钨灯光效为 12-24 流明/瓦,荧光灯 50 ~ 70 流明/瓦,钠灯 90 ~ 140 流明/瓦,大部分的耗电酿成热量消耗。 LED 光效经改进后将到达达 50 ~ 200 流明/瓦,并且其光的单色性好、光谱窄,无需过滤可间接收回有色可见光。今朝,世界各国均抓紧进步 LED 光效方面的研讨,在不远的未来其发光服从将有更大的进步。
  2、耗电量少
  LED 单管功率 0.03 ~ 0.06 瓦,接纳直流驱动,单管驱动电压 1.5 ~ 3.5 伏,电流 15 ~ 18 毫安,反应速度快,可在高频操纵。一样照明结果的状况下,耗电量是白炽灯胆的八分之一,荧光灯管的二分之一、日本估量,如采用光效比荧光灯还要高两倍的 LED 替换日本一半的白炽灯和荧光灯。每一年可节省相当于 60 亿升原油。就桥梁护栏灯例,一样结果的一支日光灯 40 多瓦,而接纳 LED 每支的功率只要 8 瓦,并且能够七彩变革。
  3、使用寿命长
  接纳电子光场辐射发光,灯丝发光易烧、热堆积、光衰减等缺陷。而接纳 LED 灯体积小、重量轻,环氧树脂封装,可接受高强度机器打击和震惊,不容易破裂。平均寿命达 10 万小时。 LED 灯具使用寿命可达 5 ~ 10 年,能够大大低落灯具的维护费用,制止常常换灯之苦。
  4、宁静可靠性强
  发热量低,无热辐射,冷光源,能够宁静抵摸:能准确掌握光型及发光角度,光色温和,无眩光;不含汞、钠元素等能够风险安康的物资。内置微处置体系能够掌握发光强度,调解发光方法,实现光与艺术分离。
  5、有利于环保
  LED 为全固体发光体,耐震、耐打击不容易破裂,废弃物可回收,没有净化。光源体积小,能够随便组合,易开发成笨重薄短小型照明产物,也便于安装和保护。
  固然,节能是我们思索利用 LED 光源的最主要缘故原由,或许 LED 光源要比传统光源高贵,可是用一年工夫的节能发出光源的投资,从而得到 4 ~ 9 年中每一年几倍的节能净收益期。
  二、 LED 照明光源手艺的使用远景及趋向
  长期以来,因为 LED 光效低的缘故原由,其使用次要集合在各类显现范畴。跟着超高亮度 LED (特别是白光 LED )的呈现,在照明范畴的使用成为能够。据国际权威机构猜测,二十一世纪将进入以 LED 为代表的新型照明光源时期,被称为第四代新光源。
  (一)远景及发展趋势
  今朝,照明耗损约占全部电力耗损的 20% ,大大低落照明用电是节省能源的重要途径,为实现这一目的业界已研讨开辟出很多种节能照明用具,并到达了必然的效果。可是,间隔“绿色照明”的要求还远远不敷,开辟和使用更高效、牢靠、宁静、耐用的新型光源势在必行。 LED 以其固有的优越性正吸引着世界的眼光。美国、日本等国度和台湾地区对 LED 照明效益停止了猜测,美国 55% 白炽灯及 55% 的日光灯被 LED 代替,每一年节流 350 亿美圆电费,每一年削减 7.55 亿吨二氧化碳排放量。日本 100% 白炽灯换成 LED ,可削减 1 ~ 2 座核电厂发电量,每一年节流 10 亿公升以上的原油耗损。台湾地区 25% 白炽灯及 100% 的日光灯被白光 LED 代替,每一年节流 110 亿度电。日本早在 1998 年就体例“ 21 世纪方案”,针对新世纪照明用 LED 光源停止实用性研讨。近年来,日今日亚化工、丰田分解、 SONY 、佳友电工等都已有 LED 照明产物问世。世界出名的照明公司如飞利浦、欧司朗、 GE 等也投入大量的人力物力停止 LED 照明产物的研讨开辟和消费。美国 GE 公司和 EMCORE 公司合作成立新公司,专门开辟白光 LED ,以代替白炽灯、紧凑型荧光灯、卤钨灯和汽车灯。德国欧司朗公司与西门子公司协作开辟 LED 照明体系。台湾今朝的 LED 产量仅次于日本列在美国之前,从 1998 年开端投入 6 亿台币停止相干开辟事情。
  LED 开展汗青曾经几十年,但在照明范畴的使用仍是新技术。跟着 LED 手艺的迅猛开展,其发光服从的逐渐进步, LED 的使用市场将愈加普遍,出格在全球能源欠缺的忧愁再度降低的布景下, LED 在照明市场的远景更备受全球注目,被业界以为在将来 10 年景为最被看好的市场以及最大的市场将是代替白炽灯、钨丝灯和荧光灯的最大潜力商品。
  (二)照明使用中存在的次要手艺成绩
  近年来, LED 的发光服从正在逐渐进步,商品化的器件已到达白炽灯的程度,景观灯接纳的红色 LED 发光服从靠近荧光灯的程度,并在稳步增加中。可是,在照明提高使用方面仍存在一些技术性成绩:
  一是光通量有待进一步进步。接纳 LED 作为照明光源,必需能够收回更多的光,必需具有更高的能量服从。
  二是 LED 收回的光与自然光仍有必然的差异。白炽灯具有十分强的黄色光的身分,给人一种暖和的觉得。而白光 LED 收回的白光带有蓝色光的身分,在这类光的照明下,人们的视觉不很天然。
  三是价钱较高。这是影响 LED 照明提高的主要原因。可是,近年来出于晶片手艺的改进,制造本钱正在急剧降落,近三年来 LED 的价格下降了近 50% ,其正朝着高效率、低成本的标的目的开展,这为 LED 在照明范畴的使用供给了有利条件。别的,较好的性价比也能够补偿本钱价钱方面的不敷。
  三、 LED 照明手艺在灯光情况中的使用
  因为 LED 光源具有发光服从高、耗电量少、使用寿命长、宁静可靠性强,有利于环保等特性,近几年来在都会灯光情况中得到了普遍的使用。今朝已应用于数码幻彩、护栏照明、广场照明、天井照明、投光照明、水下照明系列。很多都会操纵 LED 光源照明手艺应用于都会灯光情况建设中,发生了优良的结果,积聚了丰硕的的经历。如广州电力大厦、广州鹤洞大桥、广州工商行大厦、珠海迎宾南路照灯光工程、东莞中心城区灯光工程、郑州河南医科大立交桥、上海延安路照灯光工程、湖南常德市丹阳天桥、南通市通信塔灯光工程等。
  跟着天下城市化的进一步开展,灯光情况(包罗路照灯、景观灯、艺术灯等)建立范畴将不竭扩大, LED 光源的使用也将不断发展。 LED 作为第四代新光源,在都会景观灯建立领域中已得到了有用的使用,但要在路照灯建立和保护中代替大功率的高压钠灯、高压汞灯、金卤灯等光源,还需进一步的研讨和讨论,当真处理 LED 光源在照明使用中存在的手艺成绩,还需 LED 光源生产厂家分离路照灯行业的实际情况,消费契合路照灯建立和维修所需的新产品,使第四代新光源在都会照明建设中阐扬更大的感化。
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