【照明贴士】
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LED在照明 工程中的运用已非常普遍,但照明 设计人员苦于非常有限的产品选择,而生产 企业研发的产品却难以找到市场。就这个 问题文中讨论了LED在照明 工程中是如何应用的,并提出了LED产品研发的设计要求,目的是使LED照明灯 具的生产与研发更具有针对性。

过去10年来,LED在颜色种类、亮度和 功率都发生了极大的变化。LED以其令 人惊叹而欣喜的应用在城市室内外照明中发挥着传统光源无可比拟的作用。LED寿命长达10万小时,意味着 每天工作八小时,可以有35年免维护的理论保障。低压运行,几乎可达到100%的光输出,调光时低到零输出,可以组 合出成千上万种光色,而发光面积可以很小,能制作成1平方毫米。经过二次光学设计,照明灯 具达到理想的光强分布。快速发展的LED技术将 为照明设计与应用带来崭新的可能性,这是许 多传统光源所不可能实现的。

LED在照明 工程中的应用方向

1、建筑物外观照明

对建筑 物某个区域进行投射,无非是 使用控制光束角的圆头和方头形状的投光灯具,这与传 统的投光灯具概念完全一致。但是,由于LED光源小而薄,线性投 射灯具的研发无疑成为LED投射灯具的一大亮点,因为许 多建筑物根本没有出挑的地方放置传统的投光灯。它的安装便捷,可以水 准也可以垂直方向安装,与建筑 物表面更好地结合,为照明 设计师带来了新的照明语汇,拓展了创作空间。并将对 现代建筑和历史建筑的照明手法产生了影响。

2、景观照明

由于LED不像传 统灯具光源多是玻璃泡壳,它可以 与城市街道家具很好的有机结合。可以在 城市的休闲空间如路径、楼梯、甲板、滨水地带、园艺进行照明。对于花 卉或低矮的灌木,可以使用LED作为光源进行照明。LED隐藏式 的投光灯具会特别受到青睐。固定端 可以设计为插拔式,依据植物生长的高度,方便进行调节。

3、标识与指示性照明

需要进 行空间限定和引导的场所,如道路 路面的分隔显示、楼梯踏步的局部照明、紧急出口的指示照明,可以使 用表面亮度适当的LED自发光 埋地灯或嵌在垂直墙面的灯具,如影剧 院观众厅内的地面引导灯或座椅侧面的指示灯,以及购 物中心内楼层的引导灯等。另外,LED与霓虹灯相比,由于是低压,没有易碎的玻璃,不会因 为制作中弯曲而增加费用,值得在 标识设计中推广使用。

4、室内空间展示照明

就照明品质来说,由于LED光源没有热量、紫外与红外辐射,对展品 或商品不会产生损害,与传统光源比较,灯具不 需要附加滤光装置,照明系统简单,费用低廉,易于安装。其精确的布光,可作为 博物馆光纤照明的替代品。商业照 明大都会使用彩色的LED,室内装饰性的白光LED结合室 内装修为室内提供辅助性照明,暗藏光带可以使用LED,对于低 矮的空间特别有利。

5、娱乐场所及舞台照明

由于LED的动态、数字化控制色彩、亮度和调光,活泼的 饱和色可以创造静态和动态的照明效果。从白光 到全光谱中的任意颜色,LED的使用 在这类空间的照明中开启了新的思路。长寿命、高流明的维持值(10,000小时后仍然维持90%的光通),与PAR灯和金卤灯的 50~250 小时的寿命相比,降低了 维护费用和更换光源的频率。另外,LED克服了 金卤灯使用一段时间后颜色偏移的现象。与PAR灯相比,没有热辐射,可以使 空间变得更加舒适。目前LED彩色装 饰墙面在餐饮建筑中的应用已蔚然成风。

6、视频屏幕

全彩色LED显示屏 是当今世界上最为引人注目的户外大型显示装置,采用先 进的数字化视频处理技术,有无可 比拟的超大面积与超高亮度。根据不 同的户内外环境,采用各 种规格的发光像素,实现不同的亮度、色彩、分辨率,以满足各种用途。它可以 动态显示图文动画信息,利用多媒体技术,可播放 各类多媒体文件。世界上 目前最有影响的LED显示屏,当属美 国曼哈顿时代广场纽约证券交易所,总计使用了18,677,760只LED,面积为10,736平方英尺。屏幕可 以划分成多个画面,而同时显示,将华尔 街股市的行情一目了然呈现在公众面前。另外崛 起在上海浦东陆家嘴金融中心的震旦国际总部,整个朝 向浦西的建筑立面镶上了长100m的超大型LED屏,总计面积达到3600平方米。堪称世界第一。

7、与工业设计相结合

LED是近年 来欧洲产品设计师的宠儿,他们将LED作为产 品设计元素的一部分,驰骋于想象的空间,将光、玻璃或 其它材料结合在一起,成为美 轮美奂的艺术品。

LED发光原理

发光二极管(LED)是一种 能把电能转化为光能的固体器件,它的结构主要由PN结芯片、电极和 光学等系统组成。LED的基本 工作原理是一个电光转换的过程,当一个 正向偏压施加于PN结两端,由于PN结势垒的降低,P区的正电荷将向N区扩散,N区的电子也向P区扩散,同时在 两个区域形成非平衡电荷的积累。由于电 流注入产生的少数载流子相对不稳定,对于PN结系统,注入到 价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合,其中多 余的能量将以光的形式向外辐射,电子和 空穴的能量差越大,产生的 光子能量就越高。能量级差大小不同,产生光 的频率和波长就不同,相应的 光的颜色就会不同。

LED照明的优点

  • 高节能:节能能 源无污染即为环保。直流驱动,超低功耗(单管0.03瓦-1 瓦)电光功率转换接近100%,相同照 明效果比传统光源节能80%以上。
  • 长寿命:LED光源被称为长寿灯,意为永不熄灭的灯。固体冷光源,环氧树脂封装,灯体内 也没有松动的部分,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点,使用寿命可达5万到10万小时,比传统光源寿命长10倍以上。
  • 利环保:LED是一种绿色光源,环保效益更佳。光谱中 没有紫外线和红外线,热量低和无频闪,无辐射,而且废弃物可回收,没有污染不含汞元素,冷光源,可以安全触摸,属于典 型的绿色照明光源。
  • 配套投资小:由于LED照明灯 具以极小的功率达到5倍功率 的照明灯具的效果,其配套投资小。没有整流器,低电压,冷光源不会引起火灾,所需导 线规格也大大低于目前照明灯具所用导线规格,由于LED照明灯具寿命长,可维修,其后续 维护量也大大小于目前的传统灯具。
  • 多变幻:LED光源可利用红、绿、篮三基色原理,在计算 机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合,即可产生256*256*256=16777216种颜色,形成不 同光色的组合变化多端,实现丰 富多彩的动态变化效果及各种图像。

照明术语

1. 光通量
光源在单位时间、向周围 空间辐射并引起视觉的能量,称为光通量。
用Φ表示,单位为流明(Lm)。
光通量 与光源的辐射强度有关,还与波长有关。人眼对波长555nm的黄、绿光最敏感。
2. 发光强度(光强)
光源在 某一特定方向上单位立体角内辐射的光通量,称为光 源在该方向上的发光强度,简称光强。用符号I表示,单位 坎德拉(Cd)对于向 各方向均匀辐射光通量的光源。
I=Φ/W
Φ-光源在W立体角 内所辐射出的总光通量。(Lm)
W-光源发 光范围的立体角(Sr)
立体角 是一个锥形的角度,用球面度来测量,单位为球面度(Sr)
S=2πr平方(1-COSθ) W=S/r平方=2π(1-COSθ)
3. 照度
单位面 积上接受的光通量称为照度,用E表示,单位勒克司(Lx)
E=Φ/S
Φ-光通量(Lm)
S-受照面积(㎡)
4. 亮度
发光体 在给定方向单位投影面积上的发光强度称为亮度,用L表示,单位坎德拉.每平方米(Cd/㎡)
发光体在θ方向上的亮度为L=Iθ/Scosθ
物面的 亮度与光源强度有关,还与物 体反射能力有关
5. 色温
当光源 发光的颜色与黑体加热到某一个温度所发出去的颜色相同时,称为光源的颜色温度,简称色温
换算关系
1勒克斯=1流明的 光通量均匀分布在1平方米面积上的照度
1流明=发光强度为1坎德拉的点光源,在单位 立体角内发射的光通量
1勒克斯=发光强度为1坎德拉 的点光源在半径为1米的球 面上产生的光照度
6. 冷光源
利用化学能、电能激发的光源,如LED、EL、节能灯、光纤、荧光灯等
7. 热光源
利用热能激发的光源,如白炽灯、卤钨灯、高压汞灯、金属卤素灯等
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