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LED光源照明技能及其在灯火环境中的运用

信息来源:LED透明屏厂家赫尔诺    编辑:LED显示屏厂家-赫尔诺

LED光源在照明范畴的运用,是半导体发光资料技能高速开展及“绿色照明”概念逐渐家喻户晓的商品。“绿色照明”是国外照明范畴在上世纪80年代末提出的新概念,中国“绿色照明工程”的施行始于1996年。完成这一方案的首要过程即是要开展和推行高效、节能照明用具,节约照明用电,削减环境及光污染,树立一个优质高效、经济舒适、安全牢靠、有利环境的照明体系。


一、LED照明概念

LED(LightEmittingDiode),又称发光二极管,它们运用固体半导体芯片作为发光资料,当两头加上正向电压,半导体中的载流子发作复合,放出过剩的能量而导致光子发射发生可见光。


(一)LED的开展前史

运用半导体P·N结发光源原理制成LED面世于20世纪60年代初,1964年首先呈现赤色发光二极管,以后呈现黄色LED。直到1994年蓝色、绿色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司(日亚)成功开宣布白色LED。


LED以其固有的特色,如省电、寿命长、耐轰动,呼应速度快、冷光源等特色,广泛运用于指示灯、信号灯、显现屏、景象照明等范畴,在咱们的平时日子中处处可见,家用电器、电话机、仪表板照明、轿车防雾灯、交通信号灯等。但因为其亮度差、报价贵重等条件的约束,无法作为通用光源推行运用。


近几年来,跟着大家对半导体发光资料研讨的不断深入,LED制作技能的不断进步和新资料(氮化物晶体和荧光粉)的开发和运用,各种色彩的超高亮度LED取得了突破性开展,其发光功率进步了近1000倍,色度方面已完成了可见光波段的一切色彩,其间最首要的是超高亮度白光LED的呈现,使LED运用范畴跨过至高功率照明光源商场变成或许。从前有人指出,高亮度LED将是人类继爱迪生创造白炽灯泡后,最伟大的创造之一。


(二)LED发光原理

发光二极管首要由PN结芯片、电极和光学体系组成。其发光体——晶片的面积为10.12mil(1mil=0.0254平方毫米),现在国际上呈现大晶片LED,晶片面积达40mil。


其发光过程包含三有些:正向偏压下的载流子写入、复合辐射和光能传输。细小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中,当电子通过该晶片时,带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合,电子和空穴不见的一起发生光子。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、紫色光带着的能量最多,桔色光、赤色光带着的能量最少。因为不一样的资料具有不一样的带隙,然后能够宣布不一样色彩的光。


LED照明光源的干流将是高亮度的白光LED。现在,已商品化的白光LED多是二波长,即以蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉混合发生白光。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、绿三色彩荧光粉混合发生白光,它将替代荧光灯、紧凑型节能荧光灯泡及LED背光源等商场。


(三)LED光源的基本特征


1、发光功率高

LED通过几十年的技能改进,其发光功率有了较大的进步。白炽灯、卤钨灯火效为12-24流明/瓦,荧光灯50~70流明/瓦,钠灯90~140流明/瓦,大有些的耗电变成热量损耗。LED光效经改进后将达到达50~200流明/瓦,并且其光的单色性好、光谱窄,无需过滤可直接宣布有色可见光。现在,国际各国均赶紧进步LED光效方面的研讨,在不远的将来其发光功率将有更大的进步。


2、耗电量少

LED单管功率0.03~0.06瓦,选用直流驱动,单管驱动电压1.5~3.5伏,电流15~18毫安,反应速度快,可在高频操作。相同照明作用的情况下,耗电量是白炽灯泡的八分之一,荧光灯管的二分之一、日本估量,如选用光效比荧光灯还要高两倍的LED代替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。就桥梁护栏灯例,相同作用的一支日光灯40多瓦,而选用LED每支的功率只有8瓦,并且能够七彩改变。


3、运用寿命长

选用电子光场辐射发光,灯丝发光易烧、热堆积、光衰减等缺点。而选用LED灯体积小、重量轻,环氧树脂封装,可接受高强度机械冲击和轰动,不易破碎。平均寿命达10万小时。LED灯具运用寿命可达5~10年,能够大大下降灯具的保护费用,防止常常换灯之苦。


4、安全牢靠性强

发热量低,无热辐射,冷光源,能够安全抵摸:能准确操控光型及发光角度,光色柔软,无眩光;不含汞、钠元素等或许危害健康的物质。内置微处理体系能够操控发光强度,调整发光方式,完成光与艺术结合。


5、有利于环保

LED为全固体发光体,耐震、耐冲击不易破碎,废弃物可回收,没有污染。光源体积小,能够随意组合,易开发成轻便薄短小型照明商品,也便于装置和保护。


当然,节能是咱们思考运用LED光源的最首要因素,或许LED光源要比传统光源贵重,可是用一年时间的节能回收光源的出资,然后取得4~9年中每年几倍的节能净收益期。


二、LED照明光源技能的运用远景及趋势

长期以来,因为LED光效低的因素,其运用首要会集在各种显现范畴。跟着超高亮度LED(特别是白光LED)的呈现,在照明范畴的运用变成或许。据国际权威机构猜测,二十一世纪将进入以LED为代表的新式照明光源年代,被称为第四代新光源。

(一)远景及开展趋势

现在,照明耗费约占全部电力耗费的20%,大大下降照明用电是节约能源的首要途径,为完成这一方针业界已研讨开宣布很多种节能照明用具,并达到了必定的成效。可是,间隔“绿色照明”的请求还远远不够,开发和运用更高效、牢靠、安全、经用的新式光源势在必行。LED以其固有的优越性正吸引着国际的目光。美国、日本等国家和台湾地区对LED照明效益进行了猜测,美国55%白炽灯及55%的日光灯被LED替代,每年节约350亿美元电费,每年削减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,每年节约10亿公升以上的原油耗费。台湾地区25%白炽灯及100%的日光灯被白光LED替代,每年节约110亿度电。日本早在1998年就编制“21世纪方案”,对于新世纪照明用LED光源进行实用性研讨。这些年,日本日亚化工、丰田组成、SONY、佳友电工等都已有LED照明商品面世。国际闻名的照明公司如飞利浦、欧司朗、GE等也投入很多的人力物力进行LED照明商品的研讨开发和出产。美国GE公司和EMCORE公司协作建立新公司,专门开发白光LED,以替代白炽灯、紧凑型荧光灯、卤钨灯和轿车灯。德国欧司朗公司与西门子公司协作开发LED照明体系。台湾现在的LED产量仅次于日本列在美国之前,从1998年开端投入6亿台币进行有关开发作业。


LED开展前史现已几十年,但在照明范畴的运用还是新技能。跟着LED技能的迅猛开展,其发光功率的逐渐进步,LED的运用商场将愈加广泛,特别在全球能源短缺的担忧再度升高的布景下,LED在照明商场的远景更备受全球注目,被业界认为在将来10年变成最被看好的商场以及最大的商场将是替代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的最大潜力商品。

(二)照明运用中存在的首要技能问题

这些年,LED的发光功率正在逐渐进步,商品化的器材已达到白炽灯的水平,景象灯选用的白色LED发光功率挨近荧光灯的水平,并在稳步增长中。可是,在照明遍及运用方面仍存在一些技能性问题:


一是光通量有待进一步进步。选用LED作为照明光源,有必要能够宣布更多的光,有必要具有更高的能量功率。


二是LED宣布的光与天然光仍有必定的距离。白炽灯具有非常强的黄色光的成分,给人一种温暖的感受。而白光LED宣布的白光带有蓝色光的成分,在这种光的照明下,大家的视觉不很天然。


三是报价较高。这是影响LED照明遍及的首要因素。可是,这些年出于晶片技能的改进,制作本钱正在急剧下降,近三年来LED的报价下降了近50%,其正朝着高功率、低本钱的方向开展,这为LED在照明范畴的运用供给了有利条件。此外,较好的性价比也能够补偿本钱报价方面的缺乏。


三、LED照明技能在灯火环境中的运用


因为LED光源具有发光功率高、耗电量少、运用寿命长、安全牢靠性强,有利于环保等特性,近几年来在城市灯火环境中得到了广泛的运用。现在已运用于数码幻彩、护栏照明、广场照明、院子照明、投光照明、水下照明系列。很多城市运用LED光源照明技能运用于城市灯火环境建造中,发生了杰出的作用,积累了丰厚的的经历。如广州电力大厦、广州鹤洞大桥、广州工商行大厦、珠海迎宾南路灯火工程、东莞中心城区灯火工程、郑州河南医科大立交桥、上海延安路灯火工程、湖南常德市丹阳天桥、南通市通讯塔灯火工程等。


跟着全国城市化的进一步开展,灯火环境(包含路灯、景象灯、艺术灯等)建造范畴将不断扩大,LED光源的运用也将不断开展。LED作为第四代新光源,在城市景象灯建造范畴中已得到了有用的运用,但要在路灯建造和保护中替代大功率的高压钠灯、高压汞灯、金卤灯等光源,还需进一步的研讨和讨论,仔细处理LED光源在照明运用中存在的技能问题,还需LED光源出产厂家结合路灯职业的实际情况,出产契合路灯建造和修理所需的新商品,使第四代新光源在城市照明建造中表现更大的作用。


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