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1、浅析LED在照明工程中应用毕业设计浅析LED在照明工程中应用毕业设计信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)论文题目:浅析LED在照明工程中应用及注意事项 专 业: 应用电子技术 班 级: 学 号: 姓 名: 指导教师 二00九年十二月十四日信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学 生姓 名学号班级应电07-2专业应用电子技术设计（或论文）题目浅析LED在照明工程中的应用及安装应注意的事项指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注设计（论文）内容：1LED光源的特点及发展趋势；2LED在照明工程中的应用；3LED照明产品在工程安装中应注意的事项。进度安排：第3-4周：资料收集；第5-6

2、周：论文结构；第7-10周：论文初稿；第11-13周：论文定稿；第14周：检查定稿；第15-16周：论文答辩。主要参考文献、资料：1周志敏LED照明技术与应用电路北京电子工业出版社，20092陈元灯LED制造技术与应用北京电子工业出版，20073杨清德LED及其工程应用北京人民邮电出版社，20074杨清德LED照明工程与施工卓越亚马逊金盾出版社，20095毛兴武、张艳雯等新一代绿色光源LED及其应用技术北京人民邮电出版社，20086诸昌钤LED显示屏系统原理及工程技术成都成都出版社，20007肖乾辉城市夜景照明规划设计与实录北京中国建工出版社，2000审批意见教研室负责人：年 月 日摘 要本文

3、结合LED的发光原理和特性，从塑造合理光环璄的要素出发，客观分析在各种照明工程中如何根据LED的特点合理应用LED，以及进一步推进LED在照明工程中的应用所要解决的重点问题，针对LED在照明工程中的广泛应用的大形势下，分析了LED特点，以及和传统光源比较的优势。分析了LED的发展现状以及普及面临的相关问题，进行了LED应用领域的分析。本论文重点分析了LED在照明工程中的运用以及在照明工程中安装的相关注意事项，这是LED普及之后面临的最大的技术问题。在LED照明领域内，要了解和掌握并能熟悉运用LED的相应优势。关键字 LED；照明工程；安装；应用注意事项第1章 绪 论1.1 LED照明工程的概要

4、LED诞生于20世纪60年代，作为一种具有巨大发展潜力的固体发光光源，LED的长寿命、牢固的结构、较低的功耗和灵活的外形尺寸等优点得到了人们越来越多的关注，从最初的指示应用的阶段，到近几年来LED特别是单色LED被广泛地应用在大屏幕显示、信号灯和景观照明中。到目前为止，指示、信号和显示仍是LED最主要的应用领域，在这些方面LED的用量十分巨大。随着LED技术的不断发展，白光LED的光效、显色性、色温及单颗LED的功率和LED模块的光通量不断取得了新的突破，人们对将LED应用于传统领域的照明充满了期待。LED作为新的、最有潜力的光源，越来越引起人们的重视。LED从早期仅仅作为一只普通的指示小灯，

5、用在像电视机、录音机等家电上，到今天被广泛地用作户外显示，交通信号，汽车尾灯，和景观照明，以及正在开始的路灯照明和大尺寸LCD背光光源，经历了差不多20-30年的时间，其发展之迅速是有目共睹的。特别是LED在5-10年将进入通用照明市场的预期更是牵动了无数颗激动的心，有很多有志之士想在这方面有所贡献，或参与到这个历史的洪流当中。也正是因为大量人力、物力的投入，才使得LED照明技术和市场近几年发展得异常迅速。1.2 LED的发展现状1.2.1 LED的现状当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种

6、新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。中国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个国家半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。目前，中国半导体照明产业发展向好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。2007年中国LED应用产

7、品产值已超过300亿元，已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。国内在照明领域已经形成一定特色，其中户外照明发展最快，已有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路，但国内在大尺寸LCD背光和汽车前照灯方面仍显落后。2008年北京奥运会对LED照明的集中展示让人们对LED有了全新的认识，有力推动了中国半导体照明产业的发展。当前中国半导体产业大而不强，核心竞争力仍有待于进一步提升。对国内企业而言，壮大规模、提高产品质量与技术水平是首要任务，提高未来取得大厂专利授权时的要价能力，或逐步通过研发突破核心专利。1.2.2 LED普及

8、面临的问题LED灯具普及的同时，也出现了许多令人堪忧的问题，主要表现在以下几点：1无行业标准LED是一个新生事物，各厂家都根据市场需要来开发各类产品，比较规范的企业都依据LED的特点来设计电路，产品质量相对稳定，但许多企业却急功近利，LED产品只要能点亮就行，从而造成LED灯具根本就达不到其标称的使用寿命。2无核心技术目前LED的芯片大多数来自美国、日本及台湾，大陆主要是封装及产品的应用，产品的更新及技术提升受制于人。3配套元器件匮乏LED应用于灯具的光源，还须相应的电子元器件来驱动、控制。但目前相关元器件的开发滞后于LED灯具的发展，从而使企业在产品设计时只能采用一些并不可靠的方案，造成LE

9、D灯具质量的不稳定。4市场畸形LED灯具主要是工程灯具，由于其专业性，常人很难辨别其质量好坏，而工程商往往为获取最高利润，以次充好，损坏了LED灯具的形象。有责任感的商家、厂家都应该有意识地维护半导体照明行业的健康发展。1.3 论文研究的目的和意义随着LED技术的不断发展和成熟，LED的运用也越来越来广泛。目前LED在照明工程中的应用取得很大的突破，伴随着第四代照明技术，LED照明产业也逐步形成。LED在照明工程中的应用主要是景观照明、高亮度照明、室内室外的照明、特殊照明场合等方面。本论文就这些方面进行了全面的分析，针对LED在照明选择中应考虑的问题进行了解剖。同时本论文围绕LED在照明工程中

10、的安装，其目的是介绍LED在照明工程中安装的注意事项，了解LED的安装。LED在照明工程中的应用，是电子产业的一个飞速发展的体现，作为一种新的照明能源，LED加快了科技发展的步伐。针对LED在照明工程中的应用及安装注意事项的讨论，对LED在照明工程的应用具有非常重要的意义。第2章 LED照明的基本知识2.1 LED照明知识2.1.1 LED照明概要LED（Lighting Emitting Diode）即发光二极，是一种半导体固体发光器件。LED照明即是发光二极管照明，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、

11、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。2.1.2 LED发光原理LED是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。2.2 LED照明特性 2.2.1 极限参数的意义1允许功耗Pm允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。2最大正

12、向直流电流IFm允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。3最大反向电压VRm所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。4工作环境TOPm发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。2.2.2 LED的特点1高节能节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管0.030.06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。2寿命长LED光源有人称它为长寿灯，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6万到10万小时，

13、比传统光源寿命长10倍以上。3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25625625616777216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。4利环保环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，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。5高新尖与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，

14、具有在线编程，无限升级，灵活多变的特点。LED是利用化合物材料制成PN结的光电器件。它具备PN结结型器件的电学特性、光学特性。第3章 LED在照明工程中的应用3.1 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

15、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

16、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室外功能性照明室外功能性照明是为考虑观测者视觉功能而需要满足一定照度或亮度的室外空间的照明，典型场所如道路照明。道路照明是保障夜间交通安全的重要措施，因此在照度、亮度水平、照明均

17、匀度、眩光等方面都具有严格的规定。在照明水平要求较高的公路等级，显然LED目前的指标不适用于这些道路的照明，因为在光通量、光效、价格方面LED都不能与传统的气体放电灯媲美甚至具有很大的差距；在造成能源的浪费的同时在光分布特性上也不具有优势，需要很大的代价才能达到规定的照明均匀度，且极易造成眩光。但是在等级较低的道路特别是居民小区道路照明，由于对照明水平和均匀度的要求相对较低，若利用太阳能发电装置，可以很好地发挥LED照明节能作用。6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

18、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50250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。7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

19、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100的超大型LED屏，总计面积达到3600平方米。堪称世界第一。8移动式照明移动式照明指对照明的需求不是在固定的地理位置上的照明方式；最常见的例子是手电筒、工矿工人携带的矿灯、电梯、汽车车厢、火车车厢和飞机机舱等的照明。这些场所由于光源和电源处于移动状态，供电电压一般为直流低压，要求光源具有寿

20、命长、体积小、结构牢固等特点；通常为小面积照明。这些特点正好是LED相比其它光源所具有的非常明显的优势，合理的二次光学设计可以使LED灯具的出光率和配光分布很好地满足人眼视觉功能的需要。例如空中客车A320系列在上个世纪90年代就开始了白光LED作为阅读灯的应用。随着二次光学设计技术的发展和白光LED光效和光色的进一步改善，LED在移动式照明领域应该具有更大的发展空间。9汽车照明将汽车照明单独列出是因为汽车无疑是一个综合的照明应用场所，例如汽车尾灯、刹车灯和转向灯属于信号照明的领域；而从汽车的移动特性来说汽车照明属于移动式照明的领域，车内灯的照明既有指示照明又有显示照明和小面积投射照明；汽车前

21、灯则要求的是大面积的照明而非小面积照明，对光通量和光效要求也较高，出于安全的考虑，要求观测者在该照明下具有很好的视觉特性。因此，车内的指示灯和仪表盘显示灯的LED应用目前已是比较成熟的技术；LED作为尾灯、刹车灯和转向灯等信号灯在近几年也得到很广泛的应用。未来LED在车内的阅读灯方面应该能得到较大的发展，而在汽车前灯方面，一方面要考虑LED功率模块的光输出；另一方面要考虑LED的光色和显色性；在其眩光和可见度方面尚存争议，因而在普及应用方面还需时日。10与艺术品相结合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

22、美轮美奂的艺术品。3.2 LED在照明应用中的选取原则LED的发光原理决定了在将其应用于照明工程中时，应对LED的特点进行客观地剖析而非盲目地使用，应充分考虑以下特点：1低压直流驱动LED是低压器件，驱动单颗LED的电压仅需2.53V，驱动电流为几十毫安，不会造成触电事故，因而比较安全，也适用于低电压电源的场所，如汽车、火车等的车厢照明，并可与太阳能发电装置配合使用。另外，在不需要大功率的场合，LED充分具有耗电量小的优势。但是，另一方面，目前这种小电压低输出器件在需要高光通的场合则面临着封装、散热和价格等多方面的挑战。2外形尺寸小作为固体发光器件，LED在外形尺寸上的优势是毋庸置疑的，其体积

23、小、重量轻和厚度薄的特点大大拓展了其应用空间，在背光源和显示系统的应用中游刃有余，在传统照明领域也使灯具的设计更为灵活多样。3结构牢固、寿命长具有固态结构的LED不同于一般的热辐射光源或气体放电光源那样具有易碎泡壳和易断的灯丝或支架，其结构牢固，在使用期一般不会破裂或爆裂，具有安全的保障和很长的寿命。一般LED的寿命在10000100000小时，与传统光源相比相差一个数量等级，应用在照明工程中可以大大降低维护费用。4色彩选择性多不同的芯片材料可以获得不同的单色LED；而相同的芯片材料在不同的外延片部位生长出来的LED的光色也各不相同。另外，只要芯片合金组分有细微的变化，也会造成LED的发光颜色

24、有较大的改变。理论上可以在可见光范围内获得各种单色光和白光的LED。这一特点一方面使LED的色彩和白光LED的色温及显色性具有很大的选择范围，但另一方面在需要单一颜色的LED时，各颗粒之间的色差控制难度增大。5响应快电致发光的原理赋予了LED只有几个ms的响应时间，使LED能在瞬间达到全光通输出，作为信号照明具有强大优势。结合其色彩多样性，LED产品更便于实现色彩和亮度的控制，从而可以用到很多需要实现控制的领域中。6发光效率潜力大LED自上世纪60年代诞生以来，以每10年亮度提高30倍，价格下降10倍的“海兹定律”快速发展。据报道，目前白光LED光效的实验室数据已超过100lm/W，而进入商业

25、领域的大功率白光LED也达到40lm/W。随着关键技术的突破，未来大功率LED的光效仍具有很大的上升空间，最高有可能达到150200lm/W。应该看到，目前LED发光效率虽然已经超过了白炽灯的发光效率，但仍然不及气体放电光源，所以目前为止，在节能方面LED并不具有完全的优势。3.3 LED照明产品研发及待解决的问题LED是21世纪最具发展前景的高技术照明领域。作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保等显著优点，将是人类照明史上继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯的又一次飞跃。在半导体照明产品的外延生产、芯片制造、器件封装、集成应用等几个环节已初步形成比较完整的产业链，但在白光照明实现LED功能

26、化照明方面存在着许多制约因素。因此，在目前的情况下，对LED照明产品开发与设计寄予以下希望：1满足人们对照明的个性化需求LED的模块化，为照明设计带来了便利，通过设计者充分合理的布局，使LED处于良好的工作状态。LED的产品在满足个性化照明方面是传统光源相形见拙的，LED产品形制的多样化将达到前所未有的程度。因此，LED产品个性化的研发与设计是所有LED灯具供货商必须要面临的最大挑战。2面发光LED产品考虑建筑的模数化面发光的LED必须与城市设计和建筑设计相结合，才能满足设计者的需求。例如作为地面铺装的夜间装饰，产品的尺寸与地砖的尺寸相协调，即符合模数的要求：15015；200200；2001

27、00；300300；400200等。3小功率LED灯具设计城市夜景照明追求的不是亮度，而是艺术的创意设计，小功率的LED产品应该能够找到他的用武之地。LED发光角度小，方向性强，可作局部重点照明。问题是要给设计师提供有足够大的选择范围，外观上也应有美观的要求。可以肯定地说，LED将会在未来引领照明的时尚与新潮。4环保与节能，LED的合理利用绿色照明的概念是全球追随的生态设计目标。如果能将LED与太阳能电池组合，将会扩大LED的应用范围与场所。5大功率、高光效、高显色性的白光LED照明产品研发LED在照明领域的使用目前还受到技术水准和价格的限制，目前我国LED在照明领域应用的困难是LED白光光效

28、不高（每瓦只有20流明左右），功率不大（几十毫瓦至一瓦）、价格贵。但是白光LED的发展前景看好，发光效率将达到100l/，单颗的输出功率达到10W，大功率、高亮度LED集成封装技术的研究，包括驱动电路及特种灯具的开发，无疑是LED最终走入照明领域的关键。一旦光效和价格问题得到解决，LED将是未来照明的主体。第4章 LED在照明工程中的安装注意事项4.1 LED照明产品在工程安装分析虽然LED光源具有寿命长、体积少、节能、环保和绿色等优点，但是LED产品在设计和使用的地方注意也存在很多。完善的防静电措施以及和和提高驱动的效率和散热的设计由于单个LED的电压仅为1.53.5V（也出现了高压交流LE

29、D，但目前还没有广泛应用）不能像一般普通光源一样可以直接使用电网电压，必须配置一个LED驱动电源。LED驱动电源的一致性和效率也就成为LED灯具设计的关键点。LED驱动电源效率不高，不仅不能达到节能。反而还要想办法去解决散热问题。大大增加了开发和产品的成本。还有就是LED电源输出的一致性，如果一致不好，就会出现色温的偏差，特别是照明产品影响就会更大。对防水产品的灯具还要注意防水的问题，也就是IP等级。4.2 LED安装中应注意的事项LED照明产品在工程安装过程中，也要注意以下几点：1电源配置LED驱动电源电压应当与灯具的电压相一致，特别要注意输入电源是直流还是交流，LED驱动电源应具有过载、过

30、流、短路保护,确保电源的可用性。2防水问题LED灯具在户外安装时，必须做好产品的防水措施，仔细检查各种有可能进水的部位，特别是线路接头位置。LED灯具均自带公母接头，在灯具相互串接时，先将公母接头的防水圈安装妥当，然后将公母接头对接，确定公母接头已插到底部后用力锁紧螺母即可。有闪烁、追逐、动画、字幕等显示效果的灯具安装时，LED电源公母接和LED驱动信号公母接要分别连接好。3加强产品检测工作产品拆开包装后应认真检查灯具外壳是否有破损，如有破损请勿点亮LED灯具,并采取必要的修复或更换。4严格控制灯具串接数可延伸的LED灯具，要注意复核可延伸的最大数量，不可超量串接安装和使用，否则会烧毁控制器或

31、灯具。根据灯具的不同规格，LED灯带最大串接长度为15100米不等，LED轮廓灯最大串接数量为3050套。5灯具安装要保证安全、牢固LED灯具安装时，如果遇到玻璃等不可打孔的地方，切不可使用胶水等直接固定，必须架设铁架或铝合金架后用螺钉固定；螺钉固定时不可随意减少螺钉数量，且安装应牢固可靠不能有飘动、摆动和松脱等现象；切不可安装于易燃、易爆的环境中，并保证LED灯具有一定的散热空间。6搬运及施工灯具在搬运及施工安装时，切勿摔、扔、压、拖灯体，切勿用力拉动、弯折延伸接头，以免拉松密封固线口，造成密封不良或内部芯线断路。7其他注意事项针对目前工程中使用较普遍的LED丽彩灯带，在安装时还要注意以下事项：（1）在整卷灯带未拆离包装物或堆成一团的情况下，切勿通电点亮LED灯带；（2）根据现场安装长度需裁剪灯带时，只能在印有剪刀标记处剪开灯带，否则会造成其中一个单元不亮，一般每个单元长度为1.52米；（3）接驳电源或两截灯带串接时，先向左右弯曲丽彩灯头部，使灯带内的电线露出约23mm，用剪钳剪干净，不留毛刺，再用公针对接，以避免短路；（4）只有规格相同、电压相同