在城市夜景照明中應用LED(圖)
上傳人:admin 上傳時間: 2007-11-20 瀏覽次數: 940 |
LED照明在我國迅猛發展,已越來越廣泛地應用到城市照明領域,如交通信號、應急照明、廣告標識、商業步行街、建(構)筑物、城市廣場、園林景觀等,照明應用范圍不斷擴大。LED作為一種由半導體技術制作的電光源被稱為21世紀新一代光源,因其具有節能、長壽命和環保等優勢,人們普遍預測它將替代傳統光源。通過863、攻關等一系列科技計劃的支持,我國已初步形成了一定程度的LED產業鏈。改革開放使我國經濟飛速發展,中國已成為世界第一大光源、燈具生產和使用國之一。隨著國家對LED發展的高度重視和我國LED產業快速發展,中國有望成為世界LED生產主要基地和LED照明應用最大國家之一。目前,LED在我國城市夜景照明領域已開始普及,幾乎全國所有大城市夜景照明都廣泛使用 LED,特別是我國有關部門已明確提出將以2008年北京奧運和2010年上海世博會為契機,推動半導體在城市景觀照明的應用,這必將進一步推動我國的城市照明領域更廣泛地使用LED。但是,我們應該看到,相當一些城市在夜景照明方面由于對LED的特性不了解,在夜景照明設計、施工及維護管理等方面出現許多誤區,造成城市夜景照明使用LED效果欠佳,評價不高,特別是出現一些濫用LED現象,使城市夜景美感受到破壞,造成負面影響,導致了部分人對城市夜景照明使用LED產生懷疑,影響了LED在城市夜景照明中的聲譽,如不及時加以解決,必將影響我國LED產業鏈的健康發展。
1. 當前LED在城市夜景照明應用中存在的主要問題
1.1 城市夜景照明使用者對LED的物理基礎與工作原理不了解
LED是一種直接將電能轉換成光能的固體元件,又稱發光二極管,其基本結構是半導體的基礎單元PN結,PN結是攜帶電子的N層和攜帶空穴的P層兩種半導體材料之間的過渡層。在PN結上加正向電壓時,電流從P層(空穴層)流向N層(電子層),而電子是從電子層注入到空穴層,電子與空穴復合后產生了光。根據能量守恒定律每一次結合輻射一個光子,其能量為hv=Eg,可見光光子的能量范圍為Eg=1.9 ev(紅色)至Eg=3.0 ev(紫色)。一般而言LED材料的內部量子效率為10%~15%,其損失來自晶體缺陷與錯位等材料缺點。LED晶片中的光子輻射僅是制造使用LED的第一步,PN結發出的光射向各個方向,光子射向晶片上表面時,大部分光子從界面內側反射回晶片,僅1.5%~2.0%左右的光子可能逸出上表面。一個晶片共 5個對外表面(上面和四個側面),因此逸出的光子總計為7.5%~10%,其余90%以上的光子在晶片中被吸收掉,這是晶片在空氣中的情況。把晶片嵌在折射率為1.5的環氧樹酯中,光子逸出率將提高至20%~25%左右。發光效率低的原因是內部光子吸收,大部分光子不能逸出晶片表面而被折射回去,最終在內部被吸收掉,比較有效的晶片設計是形狀為倒置的切去頂部的金子塔形晶片(晶片表面彼此處于非垂直狀態)放在環氧樹脂中制成的LED,外部量子效率已達到 55%,還可更高。使用何種光源,發光效率是重要指標,白熾燈和鹵鎢燈發光效率為12~24 lm/W,平均15 lm/W。高效率熒光燈和HID燈發光效率為50~120 lm/W,平均約為75 lm/W。這些光源的缺點是僅把一小部分電能轉變成可見光。LED從理論上講其較換效率可達100%[1]。經過幾十年的研究,LED效率提高很快。在半導體材料中,采用不同的元素摻雜,可以制造出不同的LED,其發光的不同波長會引起人眼的不同感覺。按人眼的判色習慣,LED可分為:紫光(波長為 400~430 nm),藍光(波長為430~470 nm),藍綠光(波長為470~500 nm),綠光(波長為500~530 nm),黃綠光(波長為530~560 nm),黃光(波長為560~590 nm),橙色光(波長為590~620 nm),紅光(波長為620~780 nm)[2]。由于有色LED的光譜窄,能量集中,發光效率高,光色色彩純等優點,被廣泛運用于城市景觀照明中。
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