LED照明技术及应用

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摘要：led照明原理及特点led灯具节能及应用led市场前景 

关键词：led节能应用市场前景  前言：  近年来,随着我国工业化与城镇化的快速发展,能源和资源的供需日趋紧张,对我国电力供应产生了一定的负面影响。目前,全国24个省市存在不同程度拉闸限电的情况,造成了很大的经济损失,如何节约电能也成为了摆在我们面前的重要课题.本文从led照明技术的应用及市场前景着眼，具体探讨新型节能光源led，在未来对电力能源的节约所起到的作用，其发展前景和市场需求.  一、led照明灯具原理及特点  led 是英文 light emitting diode （发光二极管）的缩写。led的心脏是一个半导体的晶片， 晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是p型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是n型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个p-n结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向p区，在p区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是led发光的原理。  所谓的 led 灯具，顾名思义，是指灯具产品采用 led (light-emitting diode，发光二极管) 技术做为主要的发光源。led 是一种固态的半导体组件，其利用电流顺向流通到半导体 p-n 结耦合处，再由半导体中分离的带负电的电子与带正电的电洞两种载子相互结合后，而产生光子发射，不同种类的 led 能够发出从红外线到蓝光之间、与紫光到紫外线之间等不同波长的光线。近几年的新发展则是在 蓝光 led 上涂上萤光粉，将蓝光 led 转化成白光 led 产品。此项操作一般需要搭配驱动电路(led driver) 或电源供应器 (power supply)，驱动电路或电源供应器的主要功能就是将交流电压转换为直流电源，并同时完成与 led 相符合的电压和电流，以驱动相配合的组件。  led 灯具的灯泡体积小、重量轻，并以环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎，且亮度衰减周期长，所以其使用寿命可长达 50,000-100,000小时，远超过传统钨丝灯泡的 1,000 小时及萤光灯管的10,000 小时。由于 led 灯具的使用年限可达 5 ~10 年，所以不仅可大幅降低灯具替换的成本，又因其具有极小电流即可驱动发光的特质，在同样照明效果的情况下，耗电量也只有萤光灯管的二分之一，因此 led 也同时拥有省电与节能的优点。与目前其它通用光源相较，钨丝灯泡约 15 lm/w、萤光日光灯约 45~60 lm/w、hid 灯约 120~150 lm/w，led 的发光效率显然已渐具优势；  以下是针对 led 及其它常见灯具的灯性比较：  照明方式 特点  白光 led 热源少、操作环境广、小型化、耐震动、光束集中  日光 （萤光） 灯 萤光灯省电、但废弃物易碎有汞污染等问题  白炽钨丝灯泡 低效率、高耗电、寿命短、易碎  二、led灯具节能  1.led光源发光效率高  发光效率比较：白炽灯光效在10-15lm、卤钨灯光效为12-24流明/瓦、荧光灯50-90流明/瓦，钠灯90-140流明/瓦、大部分的耗电变成热量损耗。 led光效：可发到50-200流明/瓦，而且发光的单色性好，光谱窄，无需过滤，可直接发出有色可见光。  2.led光源耗电量少  led单管功率0.03-0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5-3.5伏。电流15-18毫安反映速度快，可在高频操作，用在同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯的万分之一，荧光管的二分之一，日本估计，如采用光效比荧光灯还要高2倍的led替代日本一半的白炽灯和荧光灯、每年可节约相当于60亿升原油，同样效果的一支日光灯40多瓦，而采用led每支的功率只有18瓦。  3.led光源使用寿命长  白炽灯、荧光灯、卤钨灯是采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧，热沉积、光衰减等特点，而采用led灯体积小，重量轻，环氧树脂封装，可承受高强机械冲击和震动，不易破碎，平均寿命达3-5万小时，led灯具使用寿命可达3-5年，可以大大孤低灯具的维护费用避免经常换灯之苦。  4.led光源安全可靠性强  发热量低、无热辐射性、冷光源、可以安全抵摸，能精确控制光型及发光角度、光色和、无眩光、不含汞，钠元素等可能危害健康的物质。  5.led光源有利环保  led为全固体发光体、耐冲击不易破碎、废弃物可回收、没有污染减少大量二氧化硫及氮化物等有害气体以及二氧化碳等温室气体的产生改善人们生活居住环境，可称“绿色照明光源。”生产白光led技术目前有三种：一种，利用三基色原理和目前已能生产的红、绿、蓝三种超高亮度led按光强3:1:6比例混合而成白色，二种，利用超高度ingan蓝色led，其管总上加少许的钇钻石榴为主体的荧光粉、它能在蓝光激发下产生黄绿光、而此黄绿光又可与透出的蓝光合成白光，三种是不可制紫外光led，采用紫外光激三基色荧光粉或其他荧光粉，产生多色混合而成的白光。  6.led光源更节能  当然，节能是我们考虑使用led光源的最主要原因，也许led光源要比传统光源昂贵，但是用一年时间的节能收回光源的投资，从而获得4-9年中每年几倍的节能净收盖期。  三、led灯具应用领域  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.车辆指示灯照明  用于车辆道路交通led导航信息显示。在城市交通、高速公路等领域，led作为可变指示灯以及照明作用等，替代国外同类产品，得到普遍采用。其中电力调度、车辆动态跟踪、车辆调度管理等，也在逐步采用高密度的led显示屏起到指示灯照明作用。  四、led灯具市场前景分析  随着led灯的广泛采用，这个年轻的市场将在未来几年内逐步扩大，例如北京奥运会、2011年举办的第26届夏季世界大学生运动会等，充分展示该项技术的同时，还吸引了大批消费者的眼球。  led市场的相关调查显示，采用led灯管的照明产品将在2010年至1012年间急速攀升，打破主流供应链。目前国内的led灯应用范围已扩展到交通、景观、室内、装饰和汽车灯领域。  由于彩色节能灯被大量应用于旅馆、舞台、酒吧和卧室，因此室内led灯将获得更大市场。此外，还在开发路灯、台灯、矿灯和太阳能led灯。该产品线现仍然呈现出强劲的增长态势。正因其广阔的市场前景，led产业近年来在国内迅速升温。结束语：  led是属于21世纪的绿色光源，以其巨大的节能潜力以及良好的照明性能为我们打开了一个全新的技术领域。。  在我们的照明设计过程中，我们应该以一种理性的态度去看待led的应用，应该在真正了解led性能前提下，根据环境的条件，合理地选择使用led，才能真正创造出一个节能而优质的照明光环境。