LED 光源在園林景觀照明中的應(yīng)用

李 方

LED光源一般被稱為第四代照明光源或綠色光源,具有高節(jié)能、利環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小、多變幻等特點(diǎn)。LED光源就是用發(fā)光二極管作為發(fā)光體的光源。LED照明產(chǎn)品就是利用LED作為光源制造出來(lái)的照明器具。

1 LED的基本特性及使用時(shí)的注意事項(xiàng)

1.1 光電特性

LED在其電流極限參數(shù)范圍內(nèi)流過(guò)LED的電流越大,它的發(fā)光亮度越高。即LED的亮度與通過(guò)LED的電流成正比。但綠光和藍(lán)光及白光在大電流情況下會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象,不僅發(fā)光效率大幅降低,而且使用壽命也會(huì)縮短。

1.2 光學(xué)特性

LED按顏色分有紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫、白等多種顏色。按亮度分有普亮、高亮、超高亮等,同種芯片在不同的封裝方式下,它的亮度也不相同。按人的視覺(jué)可分為可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光。按發(fā)光顏色的多少可分為單色、雙色、七彩等多種類型。色彩的純度不同,價(jià)格相差很大,現(xiàn)行的純白色LED價(jià)格特貴。同時(shí)發(fā)光視角不同,光效亦不同,使用時(shí)需特別注意。

1.3 常見(jiàn)的LED電性能參數(shù)

1)LED正向電壓。不同顏色的LED在額定的正向電流條件下,有著各自不同的正向壓降值,紅、黃色:1.8 V～2.5 V之間,綠色和藍(lán)色:2.7 V～4.0 V之間。對(duì)于同種顏色的LED,其正向壓降和光強(qiáng)也不是完全一致的。2)LED的額定工作電流。LED的額定電流各不相同,普通的LED電流一般為20 mA,大功率的LED電流一般為40 mA或350 mA不等。具體要按各封裝廠提供的電流參數(shù)值選擇。一般LED在反向電壓 VR=5 V的條件下,反向電流 IR≤10 μ A。3)LED的功率。LED功率的大小也各不相同,有70 mW,100 mW,1 W,2 W,3 W,5 W等,所以必須根據(jù)所選擇的LED,設(shè)計(jì)合理的使用電路和配置合適的LED數(shù)量,使其完全滿足LED電源的額定值。

1.4 溫度特性

1)LED的焊接溫度應(yīng)在250℃以下,焊接時(shí)間控制在3 s～5 s之間。要注意避免 LED溫度過(guò)高從而使芯片受損。2)LED的亮度輸出與溫度成反比,溫度不僅影響LED的亮度,也影響它的壽命。使用中盡量減少電路發(fā)熱,并做一定的散熱處理。

1.5 防靜電特性

LED裝配過(guò)程中必須加強(qiáng)防靜電措施,因?yàn)椴僮鬟^(guò)程和人體本身都會(huì)產(chǎn)生靜電,對(duì)于雙電極的LED最易被靜電反向擊穿,從而嚴(yán)重影響LED的使用壽命甚至使其完全報(bào)廢。如防靜電環(huán)境不是非常完善,可以給LED使用者增加防靜電腕帶,設(shè)置良好的防靜電接地系統(tǒng),離子風(fēng)機(jī)等設(shè)備。

由于LED具有以上這些特性,它現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領(lǐng)域。LED的典型用途是顯示屏及指示燈,用于裝飾用途的技術(shù)也已成熟,大量應(yīng)用于標(biāo)識(shí)牌、光雕塑,LED美耐燈正逐漸取代傳統(tǒng)美耐燈。

2 LED應(yīng)用于園林景觀照明的特點(diǎn)

1)節(jié)能環(huán)保。a.發(fā)光效率高:在節(jié)能方面,LED經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)改良,其發(fā)光效率有了較大的提升。而且其光的單色性好、光譜窄,無(wú)需過(guò)濾可直接發(fā)出有色可見(jiàn)光。目前,世界各國(guó)均加緊提高LED光效方面的研究,在不遠(yuǎn)的將來(lái)其發(fā)光效率將有更大的提高。b.耗電量少:LED單管功率0.03 W～0.06 W,采用直流驅(qū)動(dòng),單管驅(qū)動(dòng)電壓1.5 V～3.5 V,電流 15 mA～18 mA,其電光功率轉(zhuǎn)換接近100%,反應(yīng)速度快,可在高頻操作。LED光源的能量轉(zhuǎn)化效率非常高,相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上,一盞50 W的節(jié)能燈亮度可與300 W～400 W的高壓鈉燈相當(dāng),光照壽命提高10余倍,而電費(fèi)則要減少近9成。節(jié)能效果顯著,這對(duì)能源十分緊張的中國(guó)來(lái)說(shuō),無(wú)疑具有十分重要的意義。而它的環(huán)保效益更佳,光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線,既沒(méi)有熱量,也沒(méi)有輻射,眩光小,而且廢棄物可回收,沒(méi)有污染,不含汞元素,冷光源,可以安全觸摸,屬于典型的綠色照明光源。

2)壽命長(zhǎng)。LED燈具使用壽命可達(dá)5年～10年,可以大大降低燈具的維護(hù)費(fèi)用,避免經(jīng)常換燈之苦。比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上。正常情況下使用LED,其光衰可以減到70%的標(biāo)稱壽命10萬(wàn)h,減少了更換頻率和其他維護(hù)工作。

3)光色純正。由于典型的LED的光譜范圍都比較窄,不像白熾燈那樣擁有全光譜。因此,LED可以隨意進(jìn)行多樣化的搭配組合,特別適用于裝飾等方面。

4)防潮、抗振動(dòng)。由于LED的外部多采用環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)保護(hù),所以密封性能和抗沖擊的性能都很好,不容易損壞。它可以應(yīng)用于水下照明。

5)安全可靠。LED單體工作電壓1.5 V～5 V之間,工作電流20 mA～70 mA之間,人體接觸無(wú)危險(xiǎn)。燈體環(huán)氧樹(shù)脂封裝,抗機(jī)械沖擊、振動(dòng)能力較強(qiáng)且無(wú)汞、鈉等有害物質(zhì),可回收;發(fā)熱量低,無(wú)熱輻射,冷光源,可以安全觸摸;能精確控制光型及發(fā)光角度,光色柔和,無(wú)眩光。內(nèi)置微處理系統(tǒng),可以控制發(fā)光強(qiáng)度,調(diào)整發(fā)光方式,實(shí)現(xiàn)光與藝術(shù)結(jié)合。

6)方便管理。與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比,LED光源是低壓微電子產(chǎn)品,成功融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等,所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品,是半導(dǎo)體光電器件“高新尖”技術(shù),具有在線編程,無(wú)限升級(jí),靈活多變的特點(diǎn),是純粹的高新尖技術(shù)。LED光源由于具有上述特點(diǎn),可以集中控制和分散控制或?qū)c(diǎn)進(jìn)行可調(diào)節(jié)性控制等多種方式。通過(guò)控制電流調(diào)光,不同光色組合以調(diào)色,加上控制電路以達(dá)到多種動(dòng)態(tài)變化效果。其長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)h以上的壽命更是減少了城市景觀亮化的維護(hù)工作量。還有其他優(yōu)點(diǎn)如:低熱量、小型化、響應(yīng)時(shí)間短等。

3 LED照明的開(kāi)發(fā)

1)突破傳統(tǒng)燈泡和以燈泡為主的燈具照明的概念,發(fā)展面光源。白熾燈光源已應(yīng)用了100多年,成為人們的傳統(tǒng)習(xí)慣,但燈泡的發(fā)光比較集中,太亮?xí)a(chǎn)生眩目的感覺(jué),光線不柔和,照明工作面不均勻,要用特殊的配光設(shè)計(jì)才能克服以上缺點(diǎn)。LED光源可以做成兩維面光源,用背光源的形式做成發(fā)光面板。2)突破仿造太陽(yáng)光的概念,發(fā)展數(shù)字化可調(diào)色光的組合照明系統(tǒng)。人造光源是否一定要模仿太陽(yáng)光是一個(gè)值得探討的問(wèn)題,夜晚沒(méi)有陽(yáng)光,照明可以根據(jù)不同人的需求選擇不同的光源。用LED色光可以有效地治療SAD(季節(jié)性情緒失調(diào))疾病;紫光、藍(lán)光照射皮膚可以促進(jìn)維生素A和D的生成,進(jìn)而促進(jìn)鈣的吸收,藍(lán)光可以去黃膽;印度醫(yī)學(xué)家D.P.Chadiali用12種色光照射治療人的過(guò)敏反應(yīng)、免疫系統(tǒng)紊亂、心血管病、精神緊張、抑郁癥和失眠癥等。因此現(xiàn)代照明是可以根據(jù)不同人的生理和心理需要調(diào)控的數(shù)字化色光組合照明系統(tǒng)。3)突破傳統(tǒng)路燈的概念,發(fā)展人性化的LED路燈照明系統(tǒng)。由于城市綠化的要求,許多路燈的光照在樹(shù)上,沒(méi)有有效地利用光能,造成很大的浪費(fèi)。在支路、人車混合道路上可以將路燈架設(shè)在道路中間,沿道路中線懸掛,均勻有效地利用光能,兩邊的燈桿做成柱狀發(fā)光體,照亮低矮的地方,做成分散的光源,可以更充分地發(fā)揮LED光源的特長(zhǎng)和優(yōu)勢(shì),更人性化。4)突破傳統(tǒng)物體色的概念,高飽和度色光照明將視覺(jué)認(rèn)知帶入一個(gè)全新的境界。物體對(duì)不同光譜的反射率及光源發(fā)光強(qiáng)度決定了物體的顏色和色澤。傳統(tǒng)光源(除激光外)的色純度不高,也就是色飽和度不高,在單一波長(zhǎng)的色光中混合了較多的背景光亮度(輝度),即疊加了白光,降低了色光的色飽和度,物體色不那么鮮艷,用LED高純度的藍(lán)、綠、紅光照射物體會(huì)有不一樣的效果。5)突破傳統(tǒng)燈具的概念,照明應(yīng)該是一個(gè)系統(tǒng)。LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)在不斷發(fā)展,研究發(fā)光效率的提高是產(chǎn)業(yè)技術(shù)的主流。但是要有效地利用光和色光,將光傳送到需要的地方,滿足人的視覺(jué)生理和心理需要,就必須研究不同頻率的光譜組合與人的視覺(jué)認(rèn)知的適配性,研究光源、燈具、配光到人體及視覺(jué)相互作用,作為一個(gè)價(jià)值鏈系統(tǒng)去研究人們到底如何更有效地、健康地、科學(xué)地借助照明系統(tǒng)去看周圍的東西,在價(jià)值鏈中增加有價(jià)值的新元素,提出使用的價(jià)值,去推動(dòng)市場(chǎng),拓展市場(chǎng)需求。