LED光源在城市景觀照明中的應(yīng)用教學(xué)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(yīng)用-LED光源在城市景觀照明中的應(yīng)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(yīng)用及其存在的問題。關(guān)鍵詞：LED；景觀照明；應(yīng)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(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端施加正向電壓時，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合，放出過剩的能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見光、遠(yuǎn)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(lán)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(lán)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(nèi)取得了該項技術(shù)的專利。目前發(fā)展的方向是無機紫外光晶片加紅、藍(lán)、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(shù)改良，發(fā)光效率有了較大的提高。HP公司開發(fā)的應(yīng)用TIP(TruncatedInvertedPyramid)晶粒

3、結(jié)構(gòu)的紅光LED發(fā)光效率達(dá)到100lm/w，綠光LED也可達(dá)到50lm/w，單個功率LED的光通量達(dá)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(qū)動，單體驅(qū)動電壓1.54V，工作電流10-18mA，響應(yīng)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(hù)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(lán)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(dá)數(shù)萬小時，而且體積小、重量輕，采用環(huán)氧樹脂的封裝結(jié)構(gòu)可承受高強度的機械沖擊和震動。LED燈具使用壽命可達(dá)510年，可以大大降低燈具的維護(hù)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(zhì)。通過微處理（CPU）系統(tǒng)可以控制發(fā)光強度，調(diào)整發(fā)光方式。紅、綠、藍(lán)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(shù)的完美結(jié)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(shè)計;發(fā)光響應(yīng)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(yīng)用城市景觀照明追求的不是亮度，而是藝術(shù)的創(chuàng)意設(shè)計，LED產(chǎn)品應(yīng)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(nèi)的照明，問題是目前城市夜景照明中建設(shè)單位過于追求高亮度難以給設(shè)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(guān)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(nèi)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(nèi)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(yīng)用。以一幢建筑物勾畫的輪廓燈為例，利用LED光源紅、綠、藍(lán)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(shè)計成環(huán)狀、帶狀等各種結(jié)構(gòu)，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(nèi)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(hù)水平應(yīng)達(dá)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(dǎo)性功能照明。依據(jù)具體的地面鋪裝結(jié)構(gòu)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(dá)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(shè)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(diào)，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(zhuǎn)換電路，使能源的利用率大大提高，擴大了燈具的應(yīng)用范圍，節(jié)約能源，有利環(huán)境保護(hù)。四、LED在照明應(yīng)用中存在的主要問題1、光通量有待進(jìn)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(zhuǎn)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(lán)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(shù)的改良及各種專利技術(shù)的解禁（日本Nichia日亞公司的專利保護(hù)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(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供了有利條件。4、電光源技術(shù)與微電子技術(shù)的結(jié)合程度不夠，控制方式較為單調(diào)，控制手段比較原始。LED生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)重視微電子技術(shù)在光源控制領(lǐng)域的應(yīng)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(lán)LED發(fā)光單元發(fā)光灰度進(jìn)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(shù)問題。除了通過預(yù)選、分類，盡量保證一致性以外，還必須設(shè)計合理的燈具結(jié)構(gòu)(包括LED單體的排列和位置布局)和研究合適的驅(qū)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(jìn)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(dǎo)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(hù)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