【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