LED在綠色照明工程中的應用

摘要：LED作為新興的綠色照明光源發展速度很快，其壽命長、安全舒適、節電能耗低、保護環境等特點，在一定程度上提高了人們工作學習的條件，為綠色照明工程注入新的活力。本文介紹了LED的技術原理，討論了LED的特點和優勢，并且確定了LED在照明工程的應用方向，分析了照明應用中存在的主要技術問題。

關鍵詞：LED 綠色照明

什么是LED？LED(Light Emitting Diode)照明即發光二極管照明，該技術是利用半導體材料中的載流子電子與價帶空穴在電場的作用下，進行能量轉換復合放射出一定頻率的光子，不同半導體材料有不同的帶隙，可以發出各種顏色的光。光的峰值波長λ與發光區域的半導體材料禁帶寬度Eg有關，發光波長為λ≈1240/Eg(mm)。電子與空穴之間距離越大，復合產生的能量越多，而光的顏色和光子的能量對應，在可見光范圍內，紅光、黃光能量比較小，藍光和紫光能量最多。LED照明產品就是利用LED光源制造的照明產品，它會逐步取代傳統光源，成為21世紀的綠色照明產品。

一．LED具有的獨特優勢

1.使用壽命長

LED光源也稱作長壽燈。由環氧樹脂封裝，燈體不會因為外界機械撞擊而松動，不存在電子光場輻射發光，容易熱沉積、燈絲易燒、光衰等，平均使用壽命可以達到5到10年，比傳統光源壽命長十倍以上。LED燈不僅體積小，而且可以維護費用低，避免長期更換。

2.發光效率高

傳統白熾燈光效為8 lm/w，鹵鎢燈光效12-24 lm/w，熒光燈 50-70 lm/w，鈉燈90-140 lm/w，大部分耗電變成熱損耗。與傳統燈的性能做比較，固體冷光源光效高，可以達到50-100 lm/w ，LED 經過長期的技術改良，其發光效率有了較大的提高，最終可以達到200 lm/w。由于LED燈光譜范圍短，單色性好，可以直接發出各種顏色的可見光。

3.耗電少

LED是高節能的光源，作為直流去頂，其單管功率為0.03-0.06 w，電光轉換率高達百分百。單管驅動反應速度快，在電壓范圍為1.5-3.5 V，電流為15-18 mA，可以高頻操作，傳統白熾燈光源是其耗電量的8倍，熒光管耗電是其2倍。LED作為環保無污染光源，代替傳統光源，可以節約六十億升原油每年。比如，作為橋護欄燈用每個功率為8W的LED照明，可以代替40W的日光燈，并且可以發出多種顏色的光。

４.安全可靠

LED作為固體冷光源沒有熱量，光譜中沒有紅外和紫外線，沒有輻射，而且無眩光，能精確控制發光角度及光型，其光色柔和，沒有污染，不含鈉、汞元素等污染元素，可以安全觸摸，環保效益更好。由于其可以內置微處理系統可以調整發光類型，控制發光方式和強度，實現靈活多變的藝術形式。

５.有利于環保

由于LED光源啟動時間短、反應速度快，體積小、重量輕，便于開發小型照明產品，方便安裝；而且壽命長，結構牢固可以抗震抗沖擊，在公共環境中使用比較安全，廢棄物沒有污染可以回收，環保和也能效果佳。

二.ＬＥＤ在照明工程中的應用

由于LED光源使用壽命長、發光效率高、耗電量少、安全可靠性強、有利于環保，應用越來越廣泛。LED在城市照明工程中可以用于標識和指示照明的信號顯示領域、室內空間展示照明、景觀照明、建筑物外觀照明和娛樂場所及舞臺照明中。

標識與指示性照明

在很多公共場所，需要進行空間限定和指引，比如緊急出口的指示、樓梯間隔的局部指示、路面分隔照明等等，均可以采用將LED自發光光源嵌入墻壁或者地面上。比如購物中心樓層的指示燈，電影院地面的引導指示燈和座位側面的指引燈。與霓虹燈相比，由于LED抗沖擊的特點，不會因為在制作中任意變形而增加額外的費用，而且低電壓節能，在指示標引的照明中值得推廣。

2.室內空間展示照明

由于ＬＥＤ光源沒有熱輻射，在室內空間展示中對于展品或者商品不會產生損害，所以可以代替大多數光纖照明器具。照明系統簡單，燈具方便簡單，而且不必加濾光裝置，節約費用。一般采用室內裝飾性的白光ＬＥＤ結合室內裝修為室內提供輔助性照明，商業照明大多為彩色LED，暗光帶使用LED，使得照明品質得以提升。

3.景觀照明

ＬＥＤ最小數量級為平方毫米數量級或更小，大ＬＥＤ燈具可看成由小ＬＥＤ組成；ＬＥＤ光源精確，在景觀照明中可以適應適合大小和尺寸的空間裝飾效果要求，比如對于點、線、面、球等各種形式，或者任何造型的燈光雕塑。是在景觀照明中，由于LED低壓供電，不僅安全可靠，而且節能環保。系統結構簡單、體積小；可控性好、反應時間快；抗沖擊，對于燈具的強度要求小。而且由于半導體材料PN結自身產生的色彩豐富純正，可以根據三基色加數碼技術，變成任何色彩，照明效果好。LED可以在城市街道、花園、濱水地帶等休閑空間，用插拔式固定端，依據植物生長高度進行調節，和花卉植物等有機結合，進行隱藏式投光，取得很好的照明效果。

4.建筑物外觀照明

利用光束角的圓頭和方頭外形的投光控制線性投射，是LED研發投射燈具的一大亮點，它方便安裝，可以垂直或者水準方向安裝，使得其對建筑物某個區域進行投射，照明與建筑物外觀良好地結合。比較其傳統的投光燈具，許多建筑物根本沒有出挑的地方安裝傳統的投光燈，而LED不僅安裝方便，而且這種方式為設計師帶來了更多的創作手法，開拓了創作空間。

5.娛樂場所及舞臺照明

由于色彩豐富，ＬＥＤ可控性好的優點，可以創造出從白光到全光譜中的任意顏色、靜態和動態的照明效果，對于娛樂場所和舞臺照明，可以對ＬＥＤ進行數字化色彩控制、調制動態、亮度不同的照明光。按照三基色原理、數字灰度控制技術，可以發出任何顏色的光，色彩效果豐富。與普通效果燈相比，LED發光精巧、克服了發光一段時間后顏色偏移問題；沒有熱輻射，使得場所空間更加舒適；其壽命長，減少了維護更換。

三．照明應用中存在的主要技術問題

LED是集光電子、光電機、固體發光、物理和化工、熱傳導多學科結合的產品，發光效率不斷提高，但是，在照明應用和普及方面還是存在以下技術性問題：

1.LED 發出的光與自然光仍有一定的差距

白熾燈發光成分具有大面積黃色光，是暖光燈的效果，適合人眼視覺。而白光 LED 是固體冷光源，發出的光成分帶有藍光，在這種光的照明下，人們看東西的感覺易于疲勞，而且會使眼部產生不適應。

光通量還需進一步提高

LED輸出光通量會隨著溫度的升高而下降，其壽命對溫度很敏感，也會隨之減少，對封裝材料的散熱性要求比較高。為了使LED光源達到光學指標，具有高可靠性，需要在溫度較低的情況下，光通量較高，這樣需要研究更適合的封裝材料。

3.價格高

LED的成本價格比較高，這是影響其普及的原因。為了使得制造成本降低，需要改良晶片技術，使得其成本下降。目前，LED的價格比前幾年下降了一半，為了LED在照明領域中市場得到提升，需要提高其性價比。

在照明領域，LED具有獨特的優勢。隨著國家半導體照明工程的啟動，LED的光效、散熱和價格將得以解決，未來， LED作為一種新型的綠色光源產品，將會領軍照明行業，在全球能源短缺的憂慮下，成為２１世紀綠色照明的驕子，半導體照明技術將進一步改變我們的世界。