在城市夜景照明中应用LED的思考

    【中国建材网】LED照明在我国迅猛发展，已越来越广泛地应用到城市照明领域，如交通信号、应急照明、广告标识、商业步行街、建（构）筑物、城市广场、园林景观等，照明应用范围不断扩大。LED作为一种由半导体技术制作的电光源被称为21世纪新一代光源，因其具有节能、长寿命和环保等优势，人们普遍预测它将替代传统光源。通过863、攻关等一系列科技计划的支持，我国已初步形成了一定程度的LED产业链。改革开放使我国经济飞速发展，中国已成为世界第一大光源、灯具生产和使用国之一。随着国家对LED发展的高度重视和我国LED产业快速发展，中国有望成为世界LED生产主要基地和LED照明应用最大国家之一。目前，LED在我国城市夜景照明领域已开始普及，几乎全国所有大城市夜景照明都广泛使用LED，特别是我国有关部门已明确提出将以2008年北京奥运和2010年上海世博会为契机，推动半导体在城市景观照明的应用，这必将进一步推动我国的城市照明领域更广泛地使用LED。但是，我们应该看到，相当一些城市在夜景照明方面由于对LED的特性不了解，在夜景照明设计、施工及维护管理等方面出现许多误区，造成城市夜景照明使用LED效果欠佳，评价不高，特别是出现一些滥用LED现象，使城市夜景美感受到破坏，造成负面影响，导致了部分人对城市夜景照明使用LED产生怀疑，影响了LED在城市夜景照明中的声誉，如不及时加以解决，必将影响我国LED产业链的健康发展。
　　
　　1.当前LED在城市夜景照明应用中存在的主要问题
　　
　　1.1城市夜景照明使用者对LED的物理基础与工作原理不了解
　　
　　LED是一种直接将电能转换成光能的固体元件，又称发光二极管，其基本结构是半导体的基础单元PN结，PN结是携带电子的N层和携带空穴的P层两种半导体材料之间的过渡层。在PN结上加正向电压时，电流从P层（空穴层）流向N层（电子层），而电子是从电子层注入到空穴层，电子与空穴复合后产生了光。根据能量守恒定律每一次结合辐射一个光子，其能量为hv=Eg，可见光光子的能量范围为Eg=1.9ev（红色）至Eg=3.0ev（紫色）。一般而言LED材料的内部量子效率为10%～15%，其损失来自晶体缺陷与错位等材料缺点。LED晶片中的光子辐射仅是制造使用LED的第一步，PN结发出的光射向各个方向，光子射向晶片上表面时，大部分光子从界面内侧反射回晶片，仅1.5%～2.0%左右的光子可能逸出上表面。一个晶片共5个对外表面（上面和四个侧面），因此逸出的光子总计为7.5%～10%，其余90%以上的光子在晶片中被吸收掉，这是晶片在空气中的情况。把晶片嵌在折射率为1.5的环氧树酯中，光子逸出率将提高至20%～25%左右。发光效率低的原因是内部光子吸收，大部分光子不能逸出晶片表面而被折射回去，最终在内部被吸收掉，比较有效的晶片设计是形状为倒置的切去顶部的金子塔形晶片（晶片表面彼此处于非垂直状态）放在环氧树脂中制成的LED，外部量子效率已达到55%，还可更高。使用何种光源，发光效率是重要指标，白炽灯和卤钨灯发光效率为12～24lm/W，平均15lm/W。高效率荧光灯和HID灯发光效率为50～120lm/W，平均约为75lm/W。这些光源的缺点是仅把一小部分电能转变成可见光。LED从理论上讲其较换效率可达100%[1]。经过几十年的研究，LED效率提高很快。在半导体材料中，采用不同的元素掺杂，可以制造出不同的LED，其发光的不同波长会引起人眼的不同感觉。按人眼的判色习惯，LED可分为：紫光（波长为400～430nm），蓝光（波长为430～470nm），蓝绿光（波长为470～500nm），绿光（波长为500～530nm），黄绿光（波长为530～560nm），黄光（波长为560～590nm），橙色光（波长为590～620nm），红光（波长为620～780nm）[2]。由于有色LED的光谱窄，能量集中，发光效率高，光色色彩纯等优点，被广泛运用于城市景观照明中。