LED光源在城市景觀照明中的應用教學文稿

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。LED光源在城市景觀照明中的應用-LED光源在城市景觀照明中的應用摘要：本文描述了LED的發(fā)展史及基本特征，介紹了它在景觀照明中的廣泛應用及其存在的問題。關鍵詞：LED；景觀照明；應用問題；一、照明工程中LED光源發(fā)展史LED(LightEmittingDiode)，又稱發(fā)光二極管，是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，當兩端施加正向電壓時，半導體中的載流子發(fā)生復合，放出過剩的能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見光、遠紅外、近紅外光，在照明工程中只利用了LED的可見光。1964年世界上第一支紅色發(fā)光二極管研制成功，之

2、后出現(xiàn)了黃光LED，綠光LED。1994年藍光LED的研制成功使白光LED的開發(fā)成為可能。1996年日本Nichia（日亞）公司成功開發(fā)出二波長白光（基于藍光單晶片襯底上加以YAG黃色熒光粉混合產(chǎn)生白光）LED并成功實現(xiàn)商品化，同年在世界范圍內取得了該項技術的專利。目前發(fā)展的方向是無機紫外光晶片加紅、藍、綠三顏色熒光粉混合產(chǎn)生白光的三波長白光LED，實現(xiàn)商品化后它將取代熒光燈、緊湊型節(jié)能熒光燈及二波長LED，成為新一代的光源。二、LED光源的基本特征1、發(fā)光效率高LED經(jīng)過幾十年的技術改良，發(fā)光效率有了較大的提高。HP公司開發(fā)的應用TIP(TruncatedInvertedPyramid)晶粒

3、結構的紅光LED發(fā)光效率達到100lm/w，綠光LED也可達到50lm/w，單個功率LED的光通量達到了幾十流明（白熾燈、鹵鎢燈光效為12-24lm/w，熒光燈5070lm/w），而且其光的單色性好、光譜窄，無需過濾可直接發(fā)出有色可見光。2、耗電量少LED單體功率0.030.06w，采用直流或脈沖直流驅動，單體驅動電壓1.54V，工作電流10-18mA，響應時間微秒級，可高頻操作。同樣照明的效果下，其耗電量是白熾燈泡的八分之一、熒光燈管的二分之一。就橋梁護欄燈為例，同樣效果的一支日光燈每米耗電40多W，而采用LED每米的功率只有6-8W（以100只?LED單體紅、綠、藍三色均布計算）。3、使用

4、壽命長一般來講，普通白熾燈的壽命約為1000小時，熒光燈、高強度氣體放電燈的壽命也不超過1萬小時，LED的使用壽命可長達數(shù)萬小時，而且體積小、重量輕，采用環(huán)氧樹脂的封裝結構可承受高強度的機械沖擊和震動。LED燈具使用壽命可達510年，可以大大降低燈具的維護費用。4、安全可靠性高，控制方式靈活。LED屬冷光源發(fā)熱量低，無熱輻射，能精確控制光型及發(fā)光角度，光色柔和無眩光，不含汞、鈉元素等可能危害環(huán)境的物質。通過微處理（CPU）系統(tǒng)可以控制發(fā)光強度，調整發(fā)光方式。紅、綠、藍三色組合亮滅可實現(xiàn)8種變化效果，如采用灰度控制，理論上能產(chǎn)生256*256*256（16777216）種顏色效果，真正意義上實現(xiàn)

5、了光與藝術的完美結合。除此之外，LED作為照明用光源還有一些難能可貴的優(yōu)點，例如:發(fā)光體接近點光源，便于燈具設計;發(fā)光響應時間短;易于做成薄型燈具，節(jié)省安裝空間等。三、LED光源在城市景觀照明工程中的應用城市景觀照明追求的不是亮度，而是藝術的創(chuàng)意設計，LED產(chǎn)品應該能夠找到它的用武之地。發(fā)光角度小的LED方向性強，可作局部重點照明；在封裝材料中添入散射劑可以實現(xiàn)175度的發(fā)光角適合較大范圍內的照明，問題是目前城市夜景照明中建設單位過于追求高亮度難以給設計師提供足夠大的選擇范圍，目前在城市夜景照明工程中常用的LED光源主要有：1、線性發(fā)光燈具LED線性發(fā)光燈具（管、帶、幕墻燈等）：產(chǎn)生的輪廓照明

6、效果可以替代傳統(tǒng)的霓虹燈、鎂氖發(fā)光管、彩色熒光燈。常用產(chǎn)品額定工作電壓DC12V、24V（大部分為大功率開關電源供電，也有部分產(chǎn)品采用線性電源），AC220V；控制方式分為內控和外控，照明工程中一般采用幾十到幾百個的單體組合。LED線性發(fā)光燈具以其良好的耐候性、壽命期內極低的光衰、多變的色彩，具有流動變幻的照明效果在城市建筑的輪廓照明、橋梁的欄桿照明中得到了廣泛的應用。以一幢建筑物勾畫的輪廓燈為例，利用LED光源紅、綠、藍三基色組合原理，在微處理器控制下可以按不同模式加以變化，例如水波紋式連續(xù)變色、定時變色、漸變、瞬變等，形成夜晚的高樓大廈千姿百態(tài)的效果。2、裝飾草坪燈、景觀燈、球泡等在城市街

7、道或綠地中，將發(fā)光的部位設計成環(huán)狀、帶狀等各種結構，局部照亮草坪;同時成為白天環(huán)境中的裝飾元素。常用產(chǎn)品額定工作電壓AC220V，控制方式多為內控（在需要同步變化的場所可利用同步線實現(xiàn)強制同步）。實際工程中常與氣體放電燈光源配合作為裝飾性照明使用，利用草坪燈、景觀燈、球泡等各種不同造型、不同功能的LED光源可以組合成色彩絢麗的燈光幻影。這種“多色彩，多亮點，多圖案”的變化，體現(xiàn)了LED光源的特點。3、水下燈LED水下燈放在水下，用于水體的照明，防護水平應達到IP68。額定工作電壓DC12V。LED的低電壓工作特性使其比以往的任何燈具都要安全，壽命長的優(yōu)點也使維修起來更加方便，產(chǎn)生的照明效果也比

8、常用的PAR燈、氣體放電燈更為豐富。4、地面燈具：地埋燈、發(fā)光地磚、石燈等地面燈具使用LED光源可以將尺寸小型化。一方面可以用作環(huán)境照明，另一方面可以作為發(fā)光裝飾照明或引導性功能照明。依據(jù)具體的地面鋪裝結構燈具的出光口面積可大可小。嵌入式石燈、地磚燈以切邊加工的方式與鋪裝的石材取得一致，達到環(huán)境與光源和諧統(tǒng)一的效果。目前部分產(chǎn)品已實現(xiàn)模數(shù)化設計，例如作為地面鋪裝層照明的發(fā)光地磚，產(chǎn)品的尺寸與地磚的尺寸相協(xié)調，即符合模數(shù)的要求：150150;200200；200100；300300；400200等。5、利用太陽能電池作為能源的LED燈具LED低耗電的特點使利用太陽能電池作為能源成為可能，極低的工

9、作電壓省去了傳統(tǒng)光源必需的DC-AC轉換電路，使能源的利用率大大提高，擴大了燈具的應用范圍，節(jié)約能源，有利環(huán)境保護。四、LED在照明應用中存在的主要問題1、光通量有待進一步提高。LED的光效與高強度氣體放電燈（HID）相比仍有較大差距，采用LED作為照明光源，必須可以發(fā)出更多的光，必須具有更高的能量轉換效率，目前世界各國均加緊了對提高LED發(fā)光效率方面的研究。2、LED發(fā)出的光與自然光相比仍有一定的差距。自然光具有非常強的黃色光譜成分，給人一種溫暖的感覺；而白光LED發(fā)出的白光帶有較多的藍光成分，在這種光的照明下，人們的視覺不很自然。3、價格較高，這是影響LED照明燈具普及的主要原因。但是近年

10、來隨著晶片生產(chǎn)技術的改良及各種專利技術的解禁（日本Nichia日亞公司的專利保護期至2006年），制造成本正在急劇下降，LED照明燈具正朝著高效率、低成本的方向發(fā)展，這為LED在照明領域的廣泛應用提供了有利條件。4、電光源技術與微電子技術的結合程度不夠，控制方式較為單調，控制手段比較原始。LED生產(chǎn)企業(yè)應重視微電子技術在光源控制領域的應用，可以借鑒LED戶外大型顯示屏的做法:按占空比方式實現(xiàn)對若干個紅、綠、藍LED發(fā)光單元發(fā)光灰度進行控制，采用嵌入式微控制器，實現(xiàn)獨立的數(shù)字化控制，使其產(chǎn)生全彩動態(tài)變化的顯示效果。5、產(chǎn)品的一致性、可靠性有待提高。由于照明燈具需由多個LED單體組成，其參數(shù)離散性是一個重要的技術問題。除了通過預選、分類，盡量保證一致性以外，還必須設計合理的燈具結構(包括LED單體的排列和位置布局)和研究合適的驅動電路，防止偶然產(chǎn)生的能量集中而燒毀部分LED，此外由于多個LED單體組成一只照明燈具時，免不了對LED進行并聯(lián)、串聯(lián)。而在使用過程中只要有一個LED短路或開路（主要是開路），都將會導致整小片或整條LED工作點的變化，造成壽命縮短或熄滅，影響照明效果。為此必須研究簡單、廉價、有效的保護電路，將這種不良影響降低到最低限度。五、LED光源在夜景照明中的