超高亮度LED的太陽(yáng)能城市燈光系統(tǒng)
掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章
1 LED的發(fā)展歷程
LED發(fā)展到如今已有近40多年的歷史。第一批商業(yè)化的LED出現(xiàn)于己于1968年,盡管多年以來(lái)LED一直受到顏色和發(fā)光效率的限制,但由于GaP和GaAsPLED具有長(zhǎng)壽命、高可靠、工作電流小、可與TTL、CMOS數(shù)字電路兼容等許多優(yōu)點(diǎn),因而受到使用者的青瞇,開(kāi)始進(jìn)入包括宇航、飛機(jī)、汽車(chē)、工業(yè)應(yīng)用、通信等多種應(yīng)用領(lǐng)域,到1996年LED在全世界的銷(xiāo)售額已達(dá)到幾十億美元。
近十年來(lái),LED材料和器件工藝技術(shù)研究的前沿課題一直是超高亮度化、全色化。所謂超高亮度LED(UHB)是指發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到或超過(guò)100mcd的LED,又稱(chēng)坎德拉(cd)級(jí)LED。由于利用A1GaInP和InGaN做發(fā)光層,超高亮度LED的研制進(jìn)展十分迅速,并達(dá)到常規(guī)材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能達(dá)到的性能水平。1991年日本東芝公司和美國(guó)HP公司研制成InGaA1P(λ=620nm)橙色超高亮度LED,1992年InGaA1p(λ=590nm)黃色超高亮度LED實(shí)用化。同年,東芝公司研制InGaA1P(λ=573nm)黃綠色超高亮度LED,法向光強(qiáng)達(dá)2cd。1994年日本日亞公司研制成InGaN(λ=450nm)藍(lán)(綠)色超高亮度LED。
至此,彩色顯示所需的三基色紅、綠、藍(lán)以及橙、黃多種顏色的LED都達(dá)到了坎德拉級(jí)的發(fā)光強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)了超高亮度化、全色化,使發(fā)光管的戶(hù)外全色顯示成為現(xiàn)實(shí)。
通過(guò)技術(shù)改造、技術(shù)攻關(guān)、引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備和部分關(guān)鍵技術(shù),使我國(guó)LED的生產(chǎn)技術(shù)已向前跨進(jìn)了一步。我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)是世界LED及管芯的主要產(chǎn)地,年產(chǎn)LED約40億只,產(chǎn)品品種規(guī)格齊全,性能達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平,所生產(chǎn)的管芯也大量出口日本等國(guó)。
2 超高亮度LED的基本性能
2.1 各色超高亮度LED的基本特性
超高亮度紅A1GaAsLED具有更高的發(fā)光效率,透明襯底(TS)A1GaAsLED(640nm)的流明效率已接近10lm/w,比紅色GaAsP-GaPLED大10倍。超高亮度InGaAlPLED提供的顏色與GaAsP-GaPLED相同,包括:綠黃色(560nm)、淺綠黃色(570nm)、黃色(585nm)、淺黃(590nm)、橙色(605nm)、淺紅(625nm)、深紅(640nm)。InGaAlPLED吸收襯底(AS)的流明效率為101m/w,透明襯底(TS)為201m/w,在590-626nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)比GaAsP-GaPLED的流明效率要高10-20倍;在560-570的波長(zhǎng)范圍內(nèi)則比GaAsP-GaPLED高出2-4倍。超高亮度InGaNLED提供了蘭色光和綠色光,其波長(zhǎng)范圍蘭色為450-480nm,蘭綠色為500nm,綠色為520nm;其流明效率為3-151m/w。
2.2 超高亮度LED與白熾燈的比較
目前,超高亮度LED的流明效率已超過(guò)了帶濾光片的白熾燈,某些品種發(fā)光亮度已高于1000mcd,可以取代功率1W以?xún)?nèi)的白熾燈,將LED組成陣列甚至可以取代功率150W以?xún)?nèi)的白熾燈。對(duì)于許多城市燈光系統(tǒng)應(yīng)用,白熾燈都是采用濾光片來(lái)得到紅色、橙色、綠色和蘭色,而用超高亮度LED則可直接得到相同的顏色。近年用AlGaInP材料和InGaN材料制造的超高亮度LED將多個(gè)(紅、蘭、綠)超高亮度LED芯片組合在一起,不用濾光片就能得到包括紅、橙、黃、綠、藍(lán)在內(nèi)的七彩色,其發(fā)光效率目前均已超過(guò)白熾燈,正向熒光燈接近。此外,用超高亮度LED組成的彩色大屏幕可以表現(xiàn)天空和海洋,實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫(huà)。
新一代紅、綠、藍(lán)超高亮度LED達(dá)到了前所未有的性能。最近,日本日亞公司利用其InGaN藍(lán)光LED和熒光技術(shù),新推出了白光固體發(fā)光器件產(chǎn)品,其色溫為6500K,效率達(dá)每瓦7.5流明。超高亮度LED的問(wèn)世及其產(chǎn)業(yè)化,為太陽(yáng)能燈光系統(tǒng)增添了新的活力。[!--empirenews.page--]
3 超高亮度LED在太陽(yáng)能城市燈光系統(tǒng)中的應(yīng)用
3.1 超高亮度LED燈泡的基本結(jié)構(gòu)
應(yīng)用于太陽(yáng)能城市燈光系統(tǒng),單個(gè)超高亮度LED發(fā)光管其產(chǎn)生的光線較暗、方向性太強(qiáng),綜合視覺(jué)效果較差。因此,應(yīng)用于太陽(yáng)能城市燈光系統(tǒng)時(shí),首先須將多個(gè)LED發(fā)光管集中于一起,加大其發(fā)光亮度與面積;其次,根據(jù)不同色彩LED發(fā)光管的性能差異,通過(guò)相關(guān)參數(shù)匹配優(yōu)化設(shè)計(jì),組合成直流12V、6V、4.8V及其它脈沖系列產(chǎn)品,典型直流LED高效節(jié)能燈泡主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。
最后根據(jù)使用場(chǎng)所的要求,設(shè)計(jì)出120°、90°、70°多種角度的反光板,放置在高透光率的塑料燈罩內(nèi)(圖1),以改善LED的方向性過(guò)強(qiáng)而形成的光斑,同時(shí)在燈罩內(nèi)表面設(shè)計(jì)有網(wǎng)格型的折射面,使LED發(fā)出的光線經(jīng)多次反射與折射,最終達(dá)到LED高效節(jié)能燈泡各向發(fā)光均勻,并形成特殊的光學(xué)效果。
3.2 應(yīng)用實(shí)例
目前,采用前文所述的LED高效節(jié)能燈泡的太陽(yáng)能城市燈光系統(tǒng),已在武漢、深圳、北京等地建立了示范工程,目前進(jìn)一步在湖北武漢、鄂州、河南信陽(yáng)、遼寧大連、江西萍鄉(xiāng)等地廣泛應(yīng)用,得到了社會(huì)及消費(fèi)者的認(rèn)可。
以武漢市兩江四岸亮化工程為例,工程建設(shè)地點(diǎn)位于武漢市長(zhǎng)江與漢水沿岸,屬于武漢市重點(diǎn)亮化區(qū)之一,要求燈光系統(tǒng)具有清潔環(huán)保、安全節(jié)能、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、使用方式靈活、性能價(jià)格比高等。
因此,該系統(tǒng)采用1500盞LED高效節(jié)能燈泡勾勒樓群外廓。由于系統(tǒng)控制器具備豐富的彩燈變化方式控制程式,自動(dòng)控制燈光選用單色、多色、閃光、追光、跳動(dòng)、閃耀等多種變化,充分顯現(xiàn)了太陽(yáng)能LED燈光系統(tǒng)強(qiáng)烈動(dòng)感及流暢的視覺(jué)效果。同時(shí),據(jù)測(cè)算該系統(tǒng)與普通燈光系統(tǒng)相比節(jié)電率為85%以上,全年耗電費(fèi)用僅500多元,解決了我國(guó)許多亮化項(xiàng)目建成以后,常由于電費(fèi)不足以致亮化景點(diǎn)不能全部亮、或不能長(zhǎng)時(shí)間亮,從而影響城市亮化實(shí)際效果的難題。
此外,作為我國(guó)可再生能源應(yīng)用示范城市的深圳,市府有關(guān)部門(mén)已決定:將全市70多個(gè)公園中的56個(gè)公園的燈光工程,應(yīng)用或改造為太陽(yáng)能城市燈光系統(tǒng)。
3.3 超高亮度LED在太陽(yáng)能燈光系統(tǒng)中的實(shí)用化和商品化的意義
超高亮度LED在太陽(yáng)能燈光系統(tǒng)中的實(shí)用化和商品化,使城市燈光技術(shù)面臨一場(chǎng)新的革命。盡管目前由多個(gè)超高亮度LED制成的這種新型燈泡的成本依然偏高,每只價(jià)格在20元左右,但LED高效節(jié)能燈泡不僅彩色絢麗,尤其是綠色環(huán)保、高效節(jié)能、安全。對(duì)于相同發(fā)光亮度的白熾燈來(lái)說(shuō),LED的功耗只占前者的10%-20%;白熾燈的壽命一般不超過(guò)2000小時(shí),而LED的壽命長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)小時(shí)。這種體積小、重量輕、方向性好、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、耐各種惡劣條件的固體光源,應(yīng)用于太陽(yáng)能城市燈光系統(tǒng)及一些特殊場(chǎng)合如礦山、潛水、搶險(xiǎn)、軍用裝置的裝飾照明等,其總體上還是合算的,并必將對(duì)傳統(tǒng)的光源市場(chǎng)造成沖擊。
4 結(jié)語(yǔ)
目前,超高亮度LED新型高效節(jié)能燈泡,雖然成本偏高,但已成功應(yīng)用于太陽(yáng)能城市燈光系統(tǒng),并可用于其它一些特殊場(chǎng)合的照明等。隨著超高亮度LED生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大,成本進(jìn)一步降低,其在節(jié)能和長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)足以彌補(bǔ)其目前價(jià)格偏高的不足。超高亮度LED將成為一種很有競(jìng)爭(zhēng)力的城市燈光系統(tǒng)的新型電光源。