LED在照明工程中的應用

 

         過去10年來,LED在顏色種類、亮度和功率都發生了極大的變化。LED以其令人驚歎而欣喜的應用在城市室內外照明中發揮著傳統光源無可比擬的作用。LED壽命長達10萬小時,意味著每天工作八小時,可以有35年免維護的理論保障。低壓運行,幾乎可達到100%的光輸出,調光時低到零輸出,可以組合出成千上萬種光色,而發光面積可以很小,能製作成1平方毫米。經過二次光學設計,照明燈具達到理想的光強分佈。快速發展的LED技術將為照明設計與應用帶來嶄新的可能性,這是許多傳統光源所不可能實現的。

  

認識LED的特點

  今天似乎全世界的目光都聚焦在LED這個新型的光源上,被譽為21世紀的綠色照明產品,甚至人們預言未來會大部分取代傳統的光源。因為它具有壽命長、啟動時間短、結構牢固、節能、發光體接近點光源(有利於LED的燈具設計)、薄型燈具,燈具材料選擇範圍大,不需要加反射器,低壓,沒有紫外輻射,尤其在公共環境中使用更加安全等特點。再加上LED光源的生產可實現無汞化,對於環境保護和節約能源更具有重要意義。

  

        傳統的LED主要應用於信號顯示領域、建築物航空障礙燈、航標燈、汽車信號燈、儀錶背光照明,如今娛樂、建築物室內外、城市美化、景觀照明中應用也越來越廣泛。但是目前LED光源的壽命還不能達到所標出的100000小時,實際壽命約在50000小時左右,這主要與其散熱方面的問題有關。在很小的空間裡,隨著功率的加大,半導體元件就會過熱。再者,白色LED還不能達到普通燈泡所具有的亮度。

 

LED在照明工程中的應用方向

1、建築物外觀照明

   對建築物某個區域進行投射,無非是使用控制光束角的圓頭和方頭形狀的投光燈具,這與傳統的投光燈具概念完全一致。但是,由於LED光源小而薄,線性投射燈具的研發無疑成為LED投射燈具的一大亮點,因為許多建築物根本沒有出挑的地方放置傳統的投光燈。它的安裝便捷,可以水準也可以垂直方向安裝,與建築物表面更好地結合,為照明設計師帶來了新的照明語彙,拓展了創作空間。並將對現代建築和歷史建築的照明手法產生了影響。

 

2、景觀照明

   由於LED不像傳統燈具光源多是玻璃泡殼,它可以與城市街道傢俱很好的有機結合。可以在城市的休閒空間如路徑、樓梯、甲板、濱水地帶、園藝進行照明。對於花卉或低矮的灌木,可以使用LED作為光源進行照明。LED隱藏式的投光燈具會特別受到青睞。固定端可以設計為插拔式,依據植物生長的高度,方便進行調節。

 

3、標識與指示性照明

   需要進行空間限定和引導的場所,如道路路面的分隔顯示、樓梯踏步的局部照明、緊急出口的指示照明,可以使用表面亮度適當的LED自發光埋地燈或嵌在垂直牆面的燈具,如影劇院觀眾廳內的地面引導燈或座椅側面的指示燈,以及購物中心內樓層的引導燈等。另外,LED與霓虹燈相比,由於是低壓,沒有易碎的玻璃,不會因為製作中彎曲而增加費用,值得在標識設計中推廣使用。

 

4、室內空間展示照明

   就照明品質來說,由於LED光源沒有熱量、紫外與紅外輻射,對展品或商品不會產生損害,與傳統光源比較,燈具不需要附加濾光裝置,照明系統簡單,費用低廉,易於安裝。其精確的布光,可作為博物館光纖照明的替代品。商業照明大都會使用彩色的LED,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,暗藏光帶可以使用LED,對於低矮的空間特別有利。

 

5、娛樂場所及舞臺照明

   由於LED的動態、數位化控制色彩、亮度和調光,活潑的飽和色可以創造靜態和動態的照明效果。從白光到全光譜中的任意顏色,LED的使用在這類空間的照明中開啟了新的思路。長壽命、高流明的維持值(10000小時後仍然維持90%的光通),與PAR燈和金鹵燈的 50250 小時的壽命相比,降低了維護費用和更換光源的頻率。另外,LED克服了金鹵燈使用一段時間後顏色偏移的現象。與PAR燈相比,沒有熱輻射,可以使空間變得更加舒適。目前LED彩色裝飾牆面在餐飲建築中的應用已蔚然成風。

 

6、視頻螢幕

   全彩色LED顯示幕是當今世界上最為引人注目的戶外大型顯示裝置,採用先進的數位化視頻處理技術,有無可比擬的超大面積與超高亮度。根據不同的戶內外環境,採用各種規格的發光圖元,實現不同的亮度、色彩、解析度,以滿足各種用途。它可以動態顯示圖文動畫資訊,利用多媒體技術,可播放各類多媒體檔。世界上目前最有影響的LED顯示幕,當屬美國曼哈頓時代廣場紐約證券交易所,總計使用了18,677,760只LED,面積為10,736平方英尺。螢幕可以劃分成多個畫面,而同時顯示,將華爾街股市的行情一目了然呈現在公眾面前。另外崛起在上海浦東陸家嘴金融中心的震旦國際總部,整個朝向浦西的建築立面鑲上了長100m的超大型LED屏,總計面積達到3600平方米。堪稱世界第一。

 

7、與工業設計相結合

   LED是近年來歐洲產品設計師的寵兒,他們將LED作為產品設計項目的一部分,馳騁於想像的空間,將光、玻璃或其它材料結合在一起,成為美輪美奐的藝術品。

 

LED產品研發亟待解決的問題

     LED是21世紀最具發展前景的高技術照明領域。作為新型高效固體光源,具有壽命長、節能、環保等顯著優點,將是人類照明史上繼白熾燈、螢光燈、高壓氣體放電燈的又一次飛躍。在半導體照明產品的外延生產、晶片製造、器件封裝、集成應用等幾個環節已初步形成比較完整的產業鏈,但在白光照明實現LED功能化照明方面存在著許多制約因素。因此,在目前的情況下,對LED照明產品開發與設計寄予以下希望:

 

1、滿足人們對照明的個性化需求

  LED的模組化,為照明設計帶來了便利,通過設計者充分合理的佈局,使LED處於良好的工作狀態。LED的產品在滿足個性化照明方面是傳統光源相形見拙的,LED產品形制的多樣化將達到前所未有的程度。因此,LED產品個性化的研發與設計是所有LED燈具供應商必須要面臨的最大挑戰。

 

2、面發光LED產品考慮建築的模數化

  面發光的LED必須與城市設計和建築設計相結合,才能滿足設計者的需求。例如作為地面鋪裝的夜間裝飾,產品的尺寸與地磚的尺寸相協調,即符合模數的要求: 150×15200×200200×100300×300400×200等。

 

3、小功率LED燈具設計

  城市夜景照明追求的不是亮度,而是藝術的創意設計,小功率的LED產品應該能夠找到他的用武之地。LED發光角度小,方向性強,可作局部重點照明。問題是要給設計師提供有足夠大的選擇範圍,外觀上也應有美觀的要求。可以肯定地說,LED將會在未來引領照明的時尚與新潮。

 

4、環保與節能,LED的合理利用

  綠色照明的概念是全球追隨的生態設計目標。如果能將LED與太陽能電池組合,將會擴大LED的應用範圍與場所。

 

5、大功率、高光效、高顯色性的白光LED照明產品研發

  LED在照明領域的使用目前還受到技術水準和價格的限制,目前我國LED在照明領域應用的困難是LED白光光效不高(每瓦只有20流明左右),功率不大(幾十毫瓦至一瓦)、價格貴。但是白光LED的發展前景看好,發光效率將達到 1001 m/w,單顆的輸出功率達到10W,大功率、高亮度LED集成封裝技術的研究,包括驅動電路及特種燈具的開發,無疑是LED最終走入照明領域的關鍵。一旦光效和價格問題得到解決,LED將是未來照明的主體。