超高亮度LED的太阳能城市灯光系统

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    1 led的发展历程
  LED发展到如今已有近40多年的历史。led台灯就是以LED即发光二极管为光源的台灯,LED是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。其使用的LED照明技术是第三代照明技术。LED台灯使用产生的蓝光会对眼睛造成伤害,但也有一系列优点。第一批商业化的LED出现于己于1968年,尽管多年以来LED一直受到颜色和发光效率的限制(limit),但由于GaP和GaAsPLED具有长寿命、高可靠、工作电流小、可与TT
  L、CMOS数字电路兼容等许多优点,因而受到使用者的青眯,开始进入包括宇航、飞机、汽车、工业应用(application)、通信等多种应用领域(domain),到1996年LED在全世界的销售额已达到几十亿美金(USD)。
  近十年来,LED材料和器件工艺技术研究的前沿课题一直是超高亮度(Luminance)化、全色化。所谓超高亮度LED是指发光强度达到或超过100mcd的LED,又称坎德拉级LED。由于利用A1GaInP和InGaN做发光层,超高亮度LED的研制进展十分迅速,并达到常规材料GaA1A
  S、GaAs
  P、GaP不可能达到的性能水平。
  至此,彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色(color)的LED都达到了坎德拉级的发光强度(strength),实现了超高亮度化、全色化,使发光管的户外全色显示成为现实。led灯珠使用低压电源,供电电压在2-4V之间,根据产品不同而异,所以它是一个比使用高压电源;更安全的电源,特别适用于公共场所;亮度随电流的增大而变亮,小功率LED灯珠工作电流为0-60mA,大功率LED工作电流在150mA以上。
  通过技术改造、技术攻关、引进国外先进设备和部分关键技术,使我国LED的生产技术已向前跨进了一步。我国台湾地区是世界LED及管芯的主要产地,年产LED约40亿只,产品品种规格齐全,性能(xìng néng)达到或接近世界先进水平,所生产的管芯也大量出口等国。
  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
  超高亮度红A1GaAsLED具有更高的发光效率,透明衬底A1GaAsLED的流明效率已接近10lm/w,比红色GaAsP-GaPLED大10倍。超高亮度InGaAlPLED提供的颜色与GaAsP-GaPLED相同,包括:绿黄色、浅绿黄色、黄色、浅黄、橙色、浅红、深红。InGaAlPLED吸取衬底的流明效率为101m/w,透明衬底为201m/w,在590-626nm的波长范围内比GaAsP-GaPLED的流明效率要高10-20倍;在560-570的波长范围内则比GaAsP-GaPLED高出2-4倍。超高亮度InGaNLED提供了兰色光和绿色光,其波长范围兰色为450-480nm,兰绿色为500nm,绿色为520nm;其流明效率为3-151m/w。
  2.2 超高亮度LED与白炽灯的比较
  目前,超高亮度LED的流明效率已超过了带滤光片的白炽灯,某些品种发光亮度已高于1000mcd,可以取代功率1W以内的白炽灯,将LED组成阵列甚至可以取代功率150W以内的白炽灯。对于许多城市灯光系统应用,白炽灯都是采用滤光片来得到红色、橙色、绿色和兰色,而用超高亮度LED则可直接得到相同的颜色。近年用AlGaInP材料和InGaN材料制造的超高亮度LED将多个超高亮度LED芯片组合在共同,不用滤光片就能得到包括红、橙、黄、绿、蓝在内的七彩色,其发光效率目前均已超过白炽灯,正向荧光灯接近。此外,用超高亮度LED组成的彩色大屏幕可以表现天空和海洋,实现三维动画。
  新一代红、绿、蓝超高亮度LED达到了前所未有的性能。最近,利用其InGaN蓝光LED和荧光(fluorescence)技术,新推出了白光固体发光器件产品,其色温为6500K,效率达每瓦7.5流明。超高亮度LED的问世及其产业化,为太阳能(solar energy)灯光系统增添了新的活力(vitality)。 
  3 超高(superelevation)亮度LED在太阳能(solar energy)城市灯光系统中的应用
  3.1 超高(superelevation)亮度(Luminance)LED灯泡的基本结构(Structure)
  应用于太阳能城市灯光系统(system),单个超高(superelevation)亮度LED发光管其产生的光线较暗、方向性太强,综合视觉效果较差。led台灯又称固态照明,作为继白炽灯、荧光灯后的第三代照明技术,具有节能、环保、安全可靠的特点,固态光源是被业界看好的未来十年替换传统照明器具极具潜力的新型光源,代表照明技术的未来。发展新固态照明,不仅是照明领域的革命,而且符合当前政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求。因此,应用于太阳能城市灯光系统时,首先须将多个LED发光管集中于一起,加大其发光亮度与面积;其次,根据不同色彩LED发光管的性能差异,通过相关参数匹配优化设计,组合成直流12
  V、6
  V、4.8V及其它脉冲系列产品,典型直流LED高效(指效能高的)节能灯泡主要技术(Technology)参数见表1。
  最后根据使用场所的要求,设计出120°、90°、70°多种角度(angle)的反光板,放置在高透光率(transmittance)的塑料(结构:合成树脂、增塑剂、稳定剂、色料)灯罩内,以改善(perfect)LED的方向性过强而形成的光斑,同时在灯罩内表面设计有网格型的折射面,使LED发出的光线经多次反射与折射,最终达到LED高效(指效能高的)节能灯泡各向发光均匀,并形成特殊的光学效果。
  3.2 应用实例
  目前,采用前文所述的LED高效节能灯泡的太阳能城市灯光系统,已在武汉、深圳、北京等地建立了示范工程,目前进一步在湖北武汉、鄂州、河南信阳、辽宁大连、江西萍乡等地广泛应用,得到了社会及消费者的认可。
  以武汉市两江四岸亮化工程(Engineering)为例,工程建设地点位于武汉市长江与汉水沿岸,属于武汉市重点亮化区之一,要求灯光系统具有清洁环保、安全节能、坚固耐用、运行可靠、使用方式灵活、性能价格比高等。
  因此,该系统采用1500盏LED高效节能灯泡勾勒楼群外廓。由于系统控制器具备丰富(plump)的彩灯变化方式控制程式,自动控制灯光选用单色、多色、闪光、追光、跳动、闪耀等多种变化,充分显现了太阳能LED灯光系统强烈动感及流畅(Fluent)的视觉效果。同时,据测算该系统与普通灯光系统相比节电率为85%以上,全年耗电费用仅500多元,解决了我国许多亮化项目建成以后,常由于电费不足以致亮化景点不能全部亮、或不能长时间亮,从而影响城市亮化实际效果的难题(difficulty)。 
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