LED在照明工程中的应用
点击次数：2920 更新时间：2014-07-01
LED在照明工程中的应用
过去10年来，LED在颜色种类、亮度和功率都发生了极大的变化。LED以其令人惊叹而欣喜的应用在城市室内外照明中发挥着传统光源*的作用。LED寿命长达10万小时，意味着每天工作8小时，可以有35年免维护的理论保障。低压运行，几乎可达到的光输出，调光时低到零输出，可以组合出成千上万种光色，而发光面积可以很小，能制作成1平方毫米。经过二次光学设计，照明灯具达到理想的光强分布。快速发展的LED技术将为照明设计与应用带来崭新的可能性，这是许多传统光源所不可能实现的。
1.认识LED的特点
今天似乎*的目光都聚焦在LED这个新型的光源上，被誉为21世纪的绿色照明产品，甚至人们预言未来会大部分取代传统的光源。因为它具有寿命长、启动时间短、结构牢固、节能、发光体接近点光源（有利于LED的灯具设计）、薄型灯具、灯具材料选择范围大、不需要加发射器、低压、没有紫外辐射、尤其在公共环境中使用更加安全等特点。再加上LED光源的生产可实现无汞化，对环境保护和节约能源更具有重要意义。
传统的LED主要用于信号显示领域、建筑物航空障碍灯、航标灯、汽车信号灯、仪表背光照明，如今娱乐、建筑物室内外、城市美化、景观照明中应用也越来越广泛。
2.LED的光照图式设计与应用
LED作为新的光源，有它自身的发光机理与特点。二次光学设计中充分利用LED的优势，则是产品研发必须关注的问题。
2.1表面发光
对LED进行组合设计，可以形成点发光、线发光和面发光的自发光形式。点发光的灯具表面亮度不需要很高，柔和的漫射光往往在环境中起到定向的作用。线发光的LED用于轮廓照明的情况较多，产品需要系列化，根据建筑物的形态、高度以及环境亮度，需要有不同管径大小和不同表面亮度的产品。面发光的LED是将模块化的LED拼装，形成发光的表面。在室内设计中，这类产品可以成为室内主要的装饰元素，也会在地面照明中使用。
2.2侧向发光
在被发光的透明介质如玻璃侧面线性安装LED，通过光线的全发射，使得整个玻璃表面产生柔和的发光效果。这种装饰效果可以对标识进行照明，也可以用于宾馆大堂的主要视觉中心，如楼梯。当然，楼梯的材料一定是透明的。玻璃绘画的照明也可以采用这种照明方式，将玻璃上经过酸腐蚀的艺术绘画呈现出来，如图1、图2所示。
2.3投射光
投射光的光照图式可以是扇形的，也可以是平行光束。这是LED投射灯具*可以做到的。扇形的光束用于照射垂直的柱面或窗间墙面，而平行的光束可以照射连续的墙面，形成漫射光照明。
2.4装饰性的动态变化——对颜色、光强和时间的控制
RGB技术，将使得LED的颜色理论上可以实现无数种。LED发光的光强与色彩产生预先程序设计的动态变化，展示了光的运动，这主要依赖于数位控制技术相结合的方式。照明设计和建筑师已经认识到LED强大的可变化效果，尤其在控制和美化方面，他们对LED的应用也加速了LED的发展速度。采用为LED全彩灯具设计的控制器，通过计算机编程，可以控制灯具同步或异步进行色彩变化和快速色彩动作变化。如图3所示。
3.LED室内外灯具一览
目前照明工程对LED的应用多限于装饰性的，随着LED功率的提高，白光LED将逐步会取代传统的光源，应用到功能性照明的方方面面。
3.1室内灯具
3.1.1天花灯具
0.5～8W的小功率室内天花LED灯具，配上磨砂玻璃透镜，其小巧的外形，在餐饮、酒吧类的空间将会找到用武之地。灯具形式可为筒灯、嵌入式、吸顶式、下照式、方向型透投射式或加小型化的灯具如迷你型，配件可制成系列化的彩色装饰环（封口环），如图4、图5所示。
3.1.2作业照明
如工作照明用的台灯，可以改变传统的台灯的造型，为工业设计带来新的设计理念。这种局部的照明，还可以在家具的厨房操作台处的暗藏式照明发挥作用。
3.1.3暗光灯具
方向可以任意调节的装饰性暗光灯具。
3.1.4图案型光束灯具
设计出光口，控制光斑的长度，将这类灯具组合，可以成为室内别样的光艺术作品。
3.1.5交通指向性符号照明
3.1.6夜间长明灯
居室内夜间长明的小型灯具。
3.2户外照明灯具
3.2.1墙面或柱面的投光灯具
根据现代建筑外观照明的要求，投光灯具的小型化是投光灯具发展的趋势。其出光口可以是单向，也可以是上下两个方向。可以将灯具成组设计加以组合，满足光效序列化的需要。这些灯具也可以用于绿化的照明，如图6、图7所示。
3.2.2地面灯具
地面灯具使用LED光源可以将尺寸小型化。一方面可以用作环境照明（功率4～8W），另一方面可以作为自发光装饰照明或引导照明（功率3~8W）。依据具体的地面铺装，灯具的出光口面可大可小。嵌入式石灯、地砖灯，自然切边的方形，与铺装的石头取得一致，如图8、图9所示。
3.2.3线性自发光灯具
LED的轮廓照明效果可以替代传统的镁氖灯，通过色彩的变化，具有流动变幻的特殊效果。
3.2.4壁灯
墙面安装的局部下照明灯具，用于照亮地面或楼梯的踏面。
3.2.5装饰草坪灯
具有设计意味的草坪灯，将发光的部位设计成环装等各种结构，局部照亮草坪；同时也成为环境中的装饰元素，如图10、图11所示。
3.2.6水下灯
LED水下灯放在水下，用于水体的照明，其IP指数要求为68。
4.LED在照明工程中的应用方向
4.1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的圆头和方向形状的投光灯具，这与传统的投光灯具概念*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，可以水平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影响，如图12、图13所示。
4.2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，方向进行调节。
4.3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，没有易碎的玻璃，不会因为制作弯曲而增加费用，值得在标识设计中推广使用。
4.4室内空间展示照明
就照明质量来说，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，室内外装饰性的白光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。
4.5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开启了新的思路。长寿命、高流明的维持值1万小时后仍然维持90%的光通），与PAR灯和金卤灯的50~250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。
4.6视频荧幕
全彩色LED显示屏是当今世界上Z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，有无可以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图元，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，可播放各类多媒体档。世界上目前Z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18677760只LED，面积为10736平方英尺。荧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觜金融中心的震旦总部，整个朝向浦西的建筑里面镶上了长100m的超大型LED屏，总计面积达到3600平方米。堪称世界*。
4.7与工业设计相结合
LED是近年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、玻璃或其他材料结合在一起，成为美轮美奂的艺术品。
5.LED产品研发亟待解决的问题
LED是21世纪*发展前景的高技术照明领域。作为新型固体光源，具有寿命长、节能、环保等显著优点，将是人类照明*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：
5.1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绌的，LED产品形制的多样化将达到的程度。
5.2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：150×15；200×200；200×100；300×300；400×200等。
5.3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。发光角度小的LED方向性强，可作局部重点照明。问题是要给设计师提供足够大的选择范围，外观上也应有美观的要求。可以肯定地说，LED将会在未来照明的时尚与潮流。
5.4环保与节能，LED合理利用
绿色照明的概念是追随的生态设计目标。如果将LED与太阳能电池组合，将会扩大LED的应用范围与场所。
5.5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平和价格的限制，目前我国LED在照明领域应用的困难是LED白光光效不高（20Lm/W左右），功率不大（几十豪瓦至一瓦）、价格贵。但是白光LED的发展前景看好，发光效率将达到125Lm/W，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LEDZ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。
过去10年来，LED在颜色种类、亮度和功率都发生了极大的变化。LED以其令人惊叹而欣喜的应用在城市室内外照明中发挥着传统光源*的作用。LED寿命长达10万小时，意味着每天工作8小时，可以有35年免维护的理论保障。低压运行，几乎可达到的光输出，调光时低到零输出，可以组合出成千上万种光色，而发光面积可以很小，能制作成1平方毫米。经过二次光学设计，照明灯具达到理想的光强分布。快速发展的LED技术将为照明设计与应用带来崭新的可能性，这是许多传统光源所不可能实现的。
1.认识LED的特点
今天似乎*的目光都聚焦在LED这个新型的光源上，被誉为21世纪的绿色照明产品，甚至人们预言未来会大部分取代传统的光源。因为它具有寿命长、启动时间短、结构牢固、节能、发光体接近点光源（有利于LED的灯具设计）、薄型灯具、灯具材料选择范围大、不需要加发射器、低压、没有紫外辐射、尤其在公共环境中使用更加安全等特点。再加上LED光源的生产可实现无汞化，对环境保护和节约能源更具有重要意义。
传统的LED主要用于信号显示领域、建筑物航空障碍灯、航标灯、汽车信号灯、仪表背光照明，如今娱乐、建筑物室内外、城市美化、景观照明中应用也越来越广泛。
2.LED的光照图式设计与应用
LED作为新的光源，有它自身的发光机理与特点。二次光学设计中充分利用LED的优势，则是产品研发必须关注的问题。
2.1表面发光
对LED进行组合设计，可以形成点发光、线发光和面发光的自发光形式。点发光的灯具表面亮度不需要很高，柔和的漫射光往往在环境中起到定向的作用。线发光的LED用于轮廓照明的情况较多，产品需要系列化，根据建筑物的形态、高度以及环境亮度，需要有不同管径大小和不同表面亮度的产品。面发光的LED是将模块化的LED拼装，形成发光的表面。在室内设计中，这类产品可以成为室内主要的装饰元素，也会在地面照明中使用。
2.2侧向发光
在被发光的透明介质如玻璃侧面线性安装LED，通过光线的全发射，使得整个玻璃表面产生柔和的发光效果。这种装饰效果可以对标识进行照明，也可以用于宾馆大堂的主要视觉中心，如楼梯。当然，楼梯的材料一定是透明的。玻璃绘画的照明也可以采用这种照明方式，将玻璃上经过酸腐蚀的艺术绘画呈现出来，如图1、图2所示。
2.3投射光
投射光的光照图式可以是扇形的，也可以是平行光束。这是LED投射灯具*可以做到的。扇形的光束用于照射垂直的柱面或窗间墙面，而平行的光束可以照射连续的墙面，形成漫射光照明。
2.4装饰性的动态变化——对颜色、光强和时间的控制
RGB技术，将使得LED的颜色理论上可以实现无数种。LED发光的光强与色彩产生预先程序设计的动态变化，展示了光的运动，这主要依赖于数位控制技术相结合的方式。照明设计和建筑师已经认识到LED强大的可变化效果，尤其在控制和美化方面，他们对LED的应用也加速了LED的发展速度。采用为LED全彩灯具设计的控制器，通过计算机编程，可以控制灯具同步或异步进行色彩变化和快速色彩动作变化。如图3所示。
3.LED室内外灯具一览
目前照明工程对LED的应用多限于装饰性的，随着LED功率的提高，白光LED将逐步会取代传统的光源，应用到功能性照明的方方面面。
3.1室内灯具
3.1.1天花灯具
0.5～8W的小功率室内天花LED灯具，配上磨砂玻璃透镜，其小巧的外形，在餐饮、酒吧类的空间将会找到用武之地。灯具形式可为筒灯、嵌入式、吸顶式、下照式、方向型透投射式或加小型化的灯具如迷你型，配件可制成系列化的彩色装饰环（封口环），如图4、图5所示。
3.1.2作业照明
如工作照明用的台灯，可以改变传统的台灯的造型，为工业设计带来新的设计理念。这种局部的照明，还可以在家具的厨房操作台处的暗藏式照明发挥作用。
3.1.3暗光灯具
方向可以任意调节的装饰性暗光灯具。
3.1.4图案型光束灯具
设计出光口，控制光斑的长度，将这类灯具组合，可以成为室内别样的光艺术作品。
3.1.5交通指向性符号照明
3.1.6夜间长明灯
居室内夜间长明的小型灯具。
3.2户外照明灯具
3.2.1墙面或柱面的投光灯具
根据现代建筑外观照明的要求，投光灯具的小型化是投光灯具发展的趋势。其出光口可以是单向，也可以是上下两个方向。可以将灯具成组设计加以组合，满足光效序列化的需要。这些灯具也可以用于绿化的照明，如图6、图7所示。
3.2.2地面灯具
地面灯具使用LED光源可以将尺寸小型化。一方面可以用作环境照明（功率4～8W），另一方面可以作为自发光装饰照明或引导照明（功率3~8W）。依据具体的地面铺装，灯具的出光口面可大可小。嵌入式石灯、地砖灯，自然切边的方形，与铺装的石头取得一致，如图8、图9所示。
3.2.3线性自发光灯具
LED的轮廓照明效果可以替代传统的镁氖灯，通过色彩的变化，具有流动变幻的特殊效果。
3.2.4壁灯
墙面安装的局部下照明灯具，用于照亮地面或楼梯的踏面。
3.2.5装饰草坪灯
具有设计意味的草坪灯，将发光的部位设计成环装等各种结构，局部照亮草坪；同时也成为环境中的装饰元素，如图10、图11所示。
3.2.6水下灯
LED水下灯放在水下，用于水体的照明，其IP指数要求为68。
4.LED在照明工程中的应用方向
4.1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的圆头和方向形状的投光灯具，这与传统的投光灯具概念*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，可以水平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影响，如图12、图13所示。
4.2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，方向进行调节。
4.3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，没有易碎的玻璃，不会因为制作弯曲而增加费用，值得在标识设计中推广使用。
4.4室内空间展示照明
就照明质量来说，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，室内外装饰性的白光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。
4.5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开启了新的思路。长寿命、高流明的维持值1万小时后仍然维持90%的光通），与PAR灯和金卤灯的50~250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。
4.6视频荧幕
全彩色LED显示屏是当今世界上Z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，有无可以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图元，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，可播放各类多媒体档。世界上目前Z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18677760只LED，面积为10736平方英尺。荧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觜金融中心的震旦总部，整个朝向浦西的建筑里面镶上了长100m的超大型LED屏，总计面积达到3600平方米。堪称世界*。
4.7与工业设计相结合
LED是近年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、玻璃或其他材料结合在一起，成为美轮美奂的艺术品。
5.LED产品研发亟待解决的问题
LED是21世纪*发展前景的高技术照明领域。作为新型固体光源，具有寿命长、节能、环保等显著优点，将是人类照明*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：
5.1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绌的，LED产品形制的多样化将达到的程度。
5.2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：150×15；200×200；200×100；300×300；400×200等。
5.3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。发光角度小的LED方向性强，可作局部重点照明。问题是要给设计师提供足够大的选择范围，外观上也应有美观的要求。可以肯定地说，LED将会在未来照明的时尚与潮流。
5.4环保与节能，LED合理利用
绿色照明的概念是追随的生态设计目标。如果将LED与太阳能电池组合，将会扩大LED的应用范围与场所。
5.5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平和价格的限制，目前我国LED在照明领域应用的困难是LED白光光效不高（20Lm/W左右），功率不大（几十豪瓦至一瓦）、价格贵。但是白光LED的发展前景看好，发光效率将达到125Lm/W，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LEDZ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。
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