Application de la source de lumière LED dans le champ d'éclairage

L'application de sources lumineuses à LED dans le domaine de l'éclairage est un produit du développement rapide de la technologie des matériaux luminescents semi-conducteurs et de la pénétration progressive du concept de&«éclairage vert GG»." Éclairage vert" est un nouveau concept qui n'a pas été proposé dans le domaine de l'éclairage étranger dans les années 1980. La mise en œuvre du projet d'éclairage vert&de mon pays" a commencé en 1996. Une étape importante pour réaliser ce plan consiste à développer et à promouvoir des luminaires à haute efficacité et à faible consommation d'énergie, à économiser l'énergie d'éclairage, à réduire la pollution environnementale et lumineuse et à établir un système de haute qualité, efficace, économique, confortable et sûr. , système d'éclairage fiable et respectueux de l'environnement

Un concept d'éclairage LED LED (LightEmittingDiode), également connu sous le nom de diodes électroluminescentes, ils utilisent des puces semi-conductrices solides comme matériaux luminescents, lorsqu'une tension directe est appliquée aux deux extrémités, les porteurs du semi-conducteur se recombinent et libèrent un excès d'énergie pour provoquer le photon émission Lumière visible.

(1) L'histoire du développement des LED L'utilisation des principes de source électroluminescente à jonction PN à semi-conducteurs pour fabriquer des LED est apparue au début des années 1960. En 1964, les diodes électroluminescentes rouges sont apparues pour la première fois, suivies des $ LED. Ce n'est qu'en 1994 que les LED bleues et vertes ont été développées avec succès. En 1996, la LED blanche a été développée avec succès par la société japonaise Nichia (Nichia). Avec ses caractéristiques inhérentes, telles que l'économie d'énergie, la longue durée de vie, la résistance aux vibrations, la vitesse de réponse rapide, la source de lumière froide, etc., les LED sont largement utilisées dans les voyants lumineux, les feux de signalisation, les écrans d'affichage, l'éclairage de paysage et d'autres domaines, qui peuvent être vu partout dans notre vie quotidienne. , Appareils électroménagers, téléphones, éclairage du tableau de bord, antibrouillards automobiles, feux de signalisation, etc. Cependant, en raison de sa faible luminosité et de son prix élevé, il ne peut pas être popularisé et appliqué comme source lumineuse à usage général. Ces dernières années, avec l'approfondissement continu de la recherche sur les matériaux électroluminescents semi-conducteurs, les progrès continus de la technologie de fabrication des LED et le développement et l'application de nouveaux matériaux (cristaux de nitrure et phosphores), des percées ont été réalisées dans les LED à très haute luminosité. de différentes couleurs. Son efficacité lumineuse a été multipliée par près de 1000 et toutes les couleurs de la bande de lumière visible ont été réalisées en termes de chromaticité. Le plus important est l'émergence de LED blanches à très haute luminosité, ce qui permet au domaine des applications LED de bondir sur le marché des sources d'éclairage à haute efficacité. Quelqu'un a déjà souligné que la LED haute luminosité serait l'une des plus grandes inventions de l'humanité depuis qu'Edison a inventé l'ampoule à incandescence.

(2) Principe d'émission de lumière LED Les diodes électroluminescentes sont principalement composées de puces à jonction PN, d'électrodes et de systèmes optiques. La surface lumineuse de la puce corporelle est de 10,12 mil (1 mil=0,0254 millimètre carré). À l'heure actuelle, les LED à grande puce apparaissent dans le monde entier, avec une surface de puce de 40 mil. Le processus d'émission de lumière comprend trois parties: l'injection de porteurs sous polarisation directe, le rayonnement de recombinaison et la transmission d'énergie lumineuse. La minuscule puce semi-conductrice est encapsulée dans une résine époxy propre. Lorsque les électrons traversent la puce, les électrons chargés négativement se déplacent vers la zone du trou chargée positivement et se recombinent avec elle. Les électrons et les trous disparaissent en générant des photons. Plus l'énergie (bande interdite) entre l'électron et le trou est grande, plus l'énergie du photon produit est élevée. L'énergie des photons correspond à son tour à la couleur de la lumière. Dans le spectre de la lumière visible, la lumière bleue et la lumière violette transportent le plus d'énergie, et la lumière orange et la lumière rouge transportent le moins d'énergie. Étant donné que différents matériaux ont des bandes interdites différentes, ils peuvent émettre différentes couleurs de lumière. Le courant dominant des sources d'éclairage à LED sera les LED blanches à haute luminosité. À l'heure actuelle, la plupart des LED à lumière blanche disponibles dans le commerce sont à deux longueurs d'onde, c'est-à-dire qu'une seule puce bleue et un luminophore YAG $ sont mélangés pour produire une lumière blanche. À l'avenir, les LED blanches à trois longueurs d'onde sont plus prometteuses, c'est-à-dire que des puces ultraviolettes inorganiques sont mélangées avec des phosphores rouges, bleus et verts pour produire une lumière blanche. Il remplacera les lampes fluorescentes, les ampoules fluorescentes compactes à économie d'énergie et les rétroéclairages LED.

(3) Caractéristiques de base de la source lumineuse LED

1. Efficacité lumineuse élevée Après des décennies d'amélioration technologique, l'efficacité lumineuse des LED a été considérablement améliorée. L'effet lumineux des lampes à incandescence et des lampes halogènes au tungstène est de 12-24 lumens / W, les lampes fluorescentes 50-70 lumens / W, les lampes au sodium 90-140 lumens / W, la majeure partie de la consommation d'énergie devient une perte de chaleur. L'efficacité lumineuse améliorée de la LED atteindra 50-200 lumens / watt, et sa monochromaticité de la lumière est bonne, le spectre est étroit et il peut émettre directement de la lumière visible colorée sans filtrage. À l'heure actuelle, des pays du monde entier intensifient leurs recherches sur l'amélioration de l'efficacité lumineuse des LED, et leur efficacité lumineuse sera grandement améliorée dans un proche avenir.

2. Faible consommation d'énergie LED de puissance de tube unique 0,03 ~ 0,06 watts, en utilisant un entraînement CC, une tension d'entraînement à tube unique 1,5 ~ 3,5 V, un courant 15 ~ 18 mA, une vitesse de réponse rapide, peut être utilisée à haute fréquence. Dans le cas du même effet d'éclairage, la consommation électrique est d'un dix millième de celle des ampoules à incandescence et de la moitié de celle des tubes fluorescents. Le Japon estime que si des LED avec une efficacité lumineuse deux fois plus élevée que les lampes fluorescentes sont utilisées pour remplacer la moitié des lampes à incandescence et des lampes fluorescentes japonaises. L'équivalent de 6 milliards de litres de pétrole brut peut être économisé chaque année. Pour l'exemple d'éclairage de garde-corps de pont, une lampe fluorescente avec le même effet est supérieure à 40 watts, tandis que la puissance de chaque LED n'est que de 8 watts, et elle peut être changée en couleurs colorées.

3. Longue durée de vie. L'utilisation de la luminescence de rayonnement de champ lumineux électronique, de la luminescence du filament est facile à brûler, du dépôt thermique, de l'atténuation de la lumière et d'autres inconvénients. La lampe LED est de petite taille, légère, encapsulée en résine époxy, peut résister aux chocs mécaniques et aux vibrations à haute résistance et n'est pas facile à casser. La durée de vie moyenne est de 100 000 heures. La durée de vie des lampes LED peut atteindre 5 à 10 ans, ce qui peut réduire considérablement le coût de maintenance des lampes et éviter la douleur du remplacement fréquent des lampes.

4. Forte sécurité et fiabilité, faible génération de chaleur, pas de rayonnement thermique, source de lumière froide, sûr au toucher: peut contrôler avec précision le type de lumière et l'angle lumineux, la couleur de la lumière est douce, sans éblouissement; il ne contient pas de mercure, de sodium, etc. qui peuvent nuire à la santé. Le système de micro-traitement intégré peut contrôler l'intensité lumineuse, ajuster le mode lumineux et réaliser la combinaison de la lumière et de l'art.

5. Il est propice à la protection de l'environnement. La LED est un corps lumineux solide, résistant aux chocs, aux chocs et ne se brise pas facilement. Les déchets peuvent être recyclés et il n'y a pas de pollution. La source lumineuse est de petite taille et peut être combinée à volonté. Il est facile à développer en un produit d'éclairage léger, fin et petit, et il est également facile à installer et à entretenir. Bien entendu, les économies d'énergie sont la principale raison pour laquelle nous envisageons d'utiliser des sources lumineuses LED. Les sources lumineuses à LED sont peut-être plus chères que les sources lumineuses traditionnelles, mais un an d'économie d'énergie peut récupérer l'investissement dans la source lumineuse, de manière à obtenir une période de revenu net de plusieurs fois par an en 4-9 ans. .

Deuxièmement, les perspectives d'application et les tendances de la technologie de source d'éclairage LED Pendant longtemps, en raison de la faible efficacité lumineuse des LED, ses applications sont principalement concentrées dans divers domaines d'affichage. Avec l'émergence des LED à très haute luminosité (en particulier les LED blanches), des applications dans le domaine de l'éclairage deviennent possibles. Selon les prévisions d'organisations internationales faisant autorité, le 21e siècle entrera dans l'ère des nouvelles sources d'éclairage représentées par les LED, que l'on appelle la quatrième génération de nouvelles sources lumineuses.

(1) Perspectives et tendances de développement Actuellement, la consommation d'éclairage représente environ 20% de la consommation électrique totale. Réduire considérablement la consommation d'énergie d'éclairage est un moyen important d'économiser de l'énergie. Afin d'atteindre cet objectif, l'industrie a recherché et développé de nombreux appareils d'éclairage à économie d'énergie, et un certain effet a été obtenu. Cependant, les exigences pour" éclairage vert" sont loin d'être suffisants et il est impératif de développer et d'appliquer de nouvelles sources lumineuses plus efficaces, fiables, sûres et durables. LED attire l # 39; attention du monde&avec sa supériorité inhérente. Les États-Unis, le Japon et d'autres pays et Taiwan ont prédit les avantages de l'éclairage LED. 55% des lampes à incandescence et 55% des lampes fluorescentes aux États-Unis sont remplacées par des LED, ce qui permet d'économiser 35 milliards de dollars américains en factures d'électricité chaque année et de réduire de 755 millions de tonnes d'émissions de dioxyde de carbone chaque année. Le remplacement de 100% des lampes à incandescence au Japon par des LED peut réduire la production d'électricité de 1 à 2 centrales nucléaires et économiser plus d'un milliard de litres de consommation de pétrole brut chaque année. À Taïwan, 25% des lampes à incandescence et 100% des lampes fluorescentes sont remplacées par des LED blanches, ce qui permet d'économiser 11 milliards de kilowattheures d'électricité chaque année. Le Japon a compilé le&«21st Century Plan GG». dès 1998 pour mener des recherches pratiques sur les sources de lumière LED pour l'éclairage du nouveau siècle. Ces dernières années, Nichia Chemical, Toyoda Gosei, SONY et Jiayou Electric ont tous lancé des produits d'éclairage LED. Des sociétés d'éclairage de renommée mondiale telles que Philips, Osram, GE, etc. ont également investi beaucoup de main-d'œuvre et de ressources matérielles dans la recherche, le développement et la production de produits d'éclairage LED. Aux États-Unis, GE et EMCORE ont créé une nouvelle société pour développer des LED blanches pour remplacer les lampes à incandescence, les lampes fluorescentes compactes, les lampes halogènes au tungstène et les lampes automobiles. L'Allemand Osram et Siemens ont coopéré pour développer des systèmes d'éclairage à LED. La sortie LED actuelle de Taiwan est la deuxième seulement au Japon devant les États-Unis. Depuis 1998, Taiwan a investi 600 millions de dollars taïwanais dans des travaux de développement connexes. L'histoire du développement de la LED remonte à des décennies, mais son application dans le domaine de l'éclairage est encore une technologie nouvelle. Avec le développement rapide de la technologie LED et l'amélioration progressive de son efficacité lumineuse, le marché des applications des LED deviendra plus étendu. Surtout dans le contexte des préoccupations croissantes de pénurie d'énergie mondiale, les perspectives des LED sur le marché de l'éclairage ont attiré l'attention du monde entier. L'industrie estime que devenir le marché le plus prometteur et le plus grand marché au cours des 10 prochaines années sera également le produit le plus prometteur pour remplacer les lampes à incandescence, les lampes au tungstène et les lampes fluorescentes.

(2) Les principaux problèmes techniques dans les applications d'éclairage. Ces dernières années, l'efficacité lumineuse des LED s'améliore progressivement et les appareils commerciaux ont atteint le niveau des lampes à incandescence. L'efficacité lumineuse des LED blanches utilisées dans les lampes de paysage est proche du niveau des lampes fluorescentes et augmente régulièrement. Cependant, il existe encore des problèmes techniques dans la vulgarisation et l'application de l'éclairage: Premièrement, le flux lumineux doit encore être amélioré. L'utilisation de LED comme source d'éclairage doit pouvoir émettre plus de lumière et doit avoir une efficacité énergétique plus élevée. Deuxièmement, il existe encore un certain écart entre la lumière émise par la LED et la lumière naturelle. Les lampes à incandescence ont une composante lumineuse très forte, donnant aux gens une sensation de chaleur. La lumière blanche émise par la LED blanche a une composante de lumière bleue. Sous l'illumination de cette lumière, la vision des gens&n'est pas très naturelle. Le troisième est des prix plus élevés. C'est la principale raison qui affecte la popularité de l'éclairage LED. Cependant, en raison de l'amélioration de la technologie des puces ces dernières années, les coûts de fabrication sont en forte baisse. Au cours des trois dernières années, le prix des LED a baissé de près de 50%. Il évolue vers une efficacité élevée et un faible coût. C'est l'application des LED dans le domaine de l'éclairage. Fournit des conditions favorables. De plus, un meilleur rapport qualité-prix peut également compenser le manque de prix de revient.

3. Application de la technologie d'éclairage LED dans l'environnement d'éclairage. Parce que la source de lumière LED a les caractéristiques d'une efficacité lumineuse élevée, d'une faible consommation d'énergie, d'une longue durée de vie, d'une sécurité et d'une fiabilité élevées et est propice à la protection de l'environnement, elle a été largement utilisée dans l'environnement d'éclairage urbain ces dernières années. Applications. À l'heure actuelle, il a été utilisé dans la symphonie numérique, l'éclairage de garde-corps, l'éclairage carré, l'éclairage de cour, l'éclairage de projection, les séries d'éclairage sous-marin. De nombreuses villes utilisent la technologie d'éclairage à source de lumière LED dans la construction d'un environnement d'éclairage urbain, ce qui a produit de bons résultats et accumulé une riche expérience. Tels que le bâtiment de l'énergie électrique de Guangzhou, le pont de Guangzhou Hedong, le bâtiment de la banque industrielle et commerciale de Guangzhou, le projet d'éclairage routier de Zhuhai Yingbin Sud, le projet d'éclairage de la ville centrale de Dongguan, le viaduc de l'Université médicale de Zhengzhou Henan, Shanghai Yan' un projet d'éclairage routier, Hunan Changde City Danyang Flyover, ingénierie d'éclairage de la tour de communication de Nantong, etc.

Avec la poursuite du développement de l'urbanisation nationale, le domaine de la construction de l'environnement d'éclairage (y compris les lampadaires, les lumières de paysage, les lumières artistiques, etc.) continuera à se développer, et l'application de sources lumineuses LED continuera également à se développer. En tant que nouvelle source lumineuse de quatrième génération, la LED a été efficacement appliquée dans le domaine de la construction de lampes de paysage urbain. Cependant, pour remplacer les lampes au sodium haute pression à haute puissance, les lampes au mercure haute pression, les lampes aux halogénures métalliques et d'autres sources lumineuses dans la construction et l'entretien des lampadaires, des mesures supplémentaires sont nécessaires. La recherche et la discussion de la source de lumière LED pour résoudre les problèmes techniques existant dans l'application d'éclairage de la source de lumière LED, il est également nécessaire pour le fabricant de source de lumière LED de combiner la situation réelle de l'industrie de l'éclairage public pour produire de nouveaux produits qui répondre aux besoins de construction et d'entretien d'éclairage public, de sorte que la quatrième génération de nouvelles sources lumineuses puisse être utilisée dans Jouer un plus grand rôle dans la construction d'éclairage urbain.