LED光源在照明中的应用

2023/12/04 | 作者：BOB体育地址

　　摘要： LED是21世纪令人瞩目的光源，具有广阔的照明前景。首先对LED光源的原理、发展概况、特点等做了介绍，然后重点阐述其在照明领域的应用及发展的新趋势，最后说明了LED在路面照明中的应用并做了总结展望。

　　LED光源在照明领域的应用，是半导体发光材料技术快速地发展及绿色照明概念逐步深入人心的产物。绿色照明是国外照明领域在上世纪80年代末提出的新概念，我国绿色照明工程的实施始于1996年。实现这一计划的重要步骤就是要发展和推广高效、节能照明器具，节约照明用电，减少环境及光污染，建立一个优质高效、经济舒适、安全可靠以及有益环境的照明系统。

　　半导体发光二极管（light emitting diode，LED） 是半导体照明的核心, 其发光原理如图1 所示, 在pn 结正向偏置条件下,通过注入到器件有源区的电子空穴对自发复合辐射, 将电能转化为光能，即产生可见光。

　　1964年首先出现红光LED，之后出现黄光LED。直到1994年，蓝光、绿光LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司（日亚）成功开发出白光LED。随着LED发光效率和光能量的提高，目前LED已在科研和生产领域得到了广泛的应用。尤其是近年来高光效、高亮度的白光LED的开发成功，使得LED在照明领域的应用成为可能。目前，世界各国均加紧提高LED光效方面的研究，在不远的将来其发光效率将有更大的提高（如表1所示2007年底各国白光LED技术指标）。曾经有人指出，高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后，最伟大的发明之一。

　　LED光源属于一次光源，在发光的过程中，电能直接变为了光能， LED灯作为新光源，在与普通白炽灯（二次光源）保持同样亮度下，其耗电量仅为后者的十分之一，因此能耗小。随技术的进步，它将成为一种新型的照明光源。人们按现在LED技术发展的速度预测，到2010~2015年，白光LED的光效将达到150~200lm/W 。远远超过所有照明光源的光效。此外，现在使用的白炽灯工作的过程中，发出过多的热量，影响环境和温度；而现在普遍的使用的荧光灯、汞灯等光源中含有危害人体健康的汞，这样在发光过程和废弃的灯管都会对人的健康和环境能够造成危害。而LED则没有这样一些问题，是一种无污染的光源。

　　一般来讲，普通白炽灯的寿命约为1，000hr，荧光灯寿命约10,000hr，而LED的寿命可达到100,000hr，可见其寿命长得多。LED发光的响应快，它的响应时间为ns级，荧光灯为0.1ms，日光灯一般为ms级。

　　LED是用环氧树脂封装固态光源，其结构既不像白炽灯有玻璃泡、灯丝等易损坏部件，也不像荧光灯有体积大的灯管和附件，它是一种全固体结构，能经得起震动、冲击而不至损坏，而且体积也比较小，重量轻，成本低。

　　由上述可知，LED光源是一种绿色照明光源，现在慢慢的变成了当今各国研究的焦点。

　　LED光源除了大量用在所有电器装置、仪器仪表、设备的显示外，大多分布在在照明领域，包括：

　　（1）景观照明市场。大多数都用在重要建筑、街道、商业中心、名胜古迹、庭院、草坪、休闲娱乐场所的装饰照明，以及集装饰与广告为一体的商业照明。在政府的推动下，功耗低的LED，在用电量巨大的景观照明市场中有着非常强的市场竞争力，因此LED照明已经慢慢的变多地应用到景观照明市场中。随着2008年北京奥运会和2010年上海世博会的陆续申办成功，北京、上海等主要的举办城市加大了对景观照明的投入，受此影响，2007年LED用于景观照明的市场规模达到21.2亿元。目前，LED照明景观市场正从一级城市快速向二级、三级城市扩展。

　　（2）汽车市场。LED被称为第4代汽车光源，虽然一次性投入较高，但拥有白炽灯不能够比拟的优点，如LED车灯具有无延迟、节能、长寿、低热、抗震、色纯度高等诸多特点，已成为钨丝灯、卤素灯的必然取代产品。每台车内部应用如仪表板、阅读灯，外部应用则为尾灯、煞车灯、方向灯、头灯等。汽车用照明是目前LED照明发展最快的应用市场，海拉作为汽车灯具领域的领先者, 一直将车灯技术作为一个重要的研究课题, 如今海拉已为新一代凯迪拉克凯雷德白金版成功开发出全LED前照灯, 此产品将会在2008年夏天投入量产。

　　（3）交通灯市场。由于红、黄、绿光LED有亮度高、寿命长、省电等优点，在交通信号灯市场的需求大幅度的增加。厦门市自2000年采用第一座LED交通信号灯后，如今全市100多座交通信号灯已有近70%更换为LED；上海市则明文规定，新上的交通信号灯一律采用LED。

　　（4）专用普通照明。如便携式照明(手电筒、头灯)、低照度照明(廊灯、门牌灯、庭用灯)、阅读照明(飞机、火车、汽车的阅读灯)、显微镜灯、照相机闪光灯、台灯、路灯等。

　　（5）安全照明。由于LED光源具有抗震性、耐候性、密封性好，以及热辐射低、体积小、便于携带等特点，可大范围的应用于防爆、野外作业、矿山、军事行动等特殊工作场所或恶劣工作环境之中。如矿灯、防爆灯、应急灯、安全指标灯。

　　（6）特种照明。如军用照明灯(无红外辐射)、医用手术灯(无热辐射)、农作物和花卉专用照明灯等。

　　随着LED技术的迅猛发展，其发光效率的慢慢地提高，LED的应用市场将更广泛，特别在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，LED在照明市场的前景更备受全球瞩目。

　　虽然LED照明的应用领域在逐步扩大，但在照明普及应用方面仍存在一些问题：

　　一是光通量有待提升。LED 的光效与高强度气体放电灯相比仍有很大的差距，采用LED 作为照明光源，必须可以发出更多的光，一定要有更高的能量转换效率，目前世界各国均加紧了对提高LED 发光效率方面的研究。

　　二是LED发出的光与自然光仍有一定的差距。白炽灯有很强的黄色光的成分，给人一种温暖的感觉。而白光LED发出的白光带有蓝色光的成分，在这种光的照明下，与自然光有较大差距。

　　三是产品的一致性、可靠性有待提升。由于照明灯具需由多个LED 单体组成，其参数离散性是一个重要的技术问题。除了通过预选、分类，尽量保证一致性以外，还必须设计合理的灯具结构(包括LED 单体的排列和位置布局)和研究合适的驱动电路，防止偶然产生的能量集中而烧毁部分LED。此外由于照明灯具由多个LED组成，要考虑其散热问题，以免影响灯具的性能和寿命。

　　随着大功率LED成本的不断降低， 以及LED路灯的如下优点：节能环保，节省能源70%；对光照面的均匀度可控，理论上能做到在目标区域内完全均匀，可避免传统光源灯下亮现象中的光浪费；维护成本低，大功率LED光源可以正常使用10年不用更换，而传统高压钠灯平均1年半就要更换一次；显色性好，LED的显色指数高（75~80），路面更明亮，而高压钠灯光谱窄，显色性差（20~40），感觉路面昏暗。LED灯具逐步替代传统灯具已成为可能。LED光源在道路照明中的应用已成为近年来半导体照明行业的热点。

　　2006 年10 月, 国家十一五863 计划半导体照明工程重点项目真正开始启动。我国半导体照明产业正在进入自主创新、实现跨越式发展的重大历史机遇期。我国出现了好多示范性路灯照明案例，节约能源的效果很明显。

　　不仅我国积极研发LED路灯，并进行示范引导使用，世界各国都在极力推广LED路灯的使用，如表3所示。LED 城市照明行动(LED City 社区)于2007 年2 月启动，旨在促使各个城市在部署节能照明时加强合作和提高效率。每个示范区都为当地带来非常大的能源节约，并满足其经济需求。例如，密歇根大学所在的密歇根州阿恩阿波尔市有12.5 万人，最近该市安装1，000 多个LED 路灯。每个耗电56 W的LED 灯可以连续使用10 年，来代替耗电120 W且常规使用的寿命只有两年的灯泡，这使阿恩阿波尔市的公共照明能耗减半，每年的温室效应气体排放减少2，425 吨，这相当于400 辆汽车上路一年排放的尾气数量。

　　虽然各国都在大力推广环保节能的LED路灯，但是还仅仅局限于一些示范工程，光效与成本仍然是制约其大范围的应用的重要的因素。有待于LED光效的进一步提高。

　　随着LED 技术的迅猛发展，其发光效率的慢慢地提高，造价逐步降低，LED 的应用市场将更广泛，特别是在全球能源短缺的背景下，LED 光源在照明市场的应用前景备受瞩目，在我们大家的共同努力下，LED光源必将成为21世纪的主导光源。

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　　作者简介： 吴淑梅（1980-），女，河北科技大学在读研究生，研究方向检测技术及自动化装置，。