조명 분야에서 LED 광원 적용

조명 분야에서 LED 광원의 적용은 반도체 발광 재료 기술의 급속한 발전과" 그린 조명" 개념의 점진적인 침투의 산물입니다." 그린 조명" 1980 년대에 외국 조명 분야에서 제안되지 않은 새로운 개념입니다. 우리나라' s" 그린 조명 프로젝트" 이 계획을 실현하기위한 중요한 단계는 고효율, 에너지 절약형 조명기구를 개발 및 홍보하고, 조명 전력을 절약하고, 환경 및 빛 공해를 줄이고, 고품질, 효율적, 경제적, 쾌적하고 안전한 환경을 구축하는 것입니다. , 안정적이고 환경 친화적 인 조명 시스템

LED 조명의 개념 LED (LightEmittingDiode)는 발광 다이오드로도 알려져 있으며 고체 반도체 칩을 발광 재료로 사용하며, 순방향 전압이 양쪽 끝에 가해지면 반도체의 캐리어가 재결합하여 과도한 에너지를 방출하여 광자를 발생시킵니다. 방출 가시 광선.

(1) LED의 개발 역사 LED를 만들기위한 반도체 PN 접합 발광 원 원리의 사용은 1960 년대 초에 나왔습니다. 1964 년에 적색 발광 다이오드가 처음 등장한 다음 $ LED가 등장했습니다. 1994 년이 되어서야 청색 및 녹색 LED가 성공적으로 개발되었습니다. 1996 년에 백색 LED는 일본 회사 인 Nichia (Nichia)에 의해 성공적으로 개발되었습니다. 절전, 긴 수명, 진동 저항, 빠른 응답 속도, 냉광 원 등과 같은 고유 한 특성으로 LED는 표시 등, 신호등, 디스플레이 화면, 조경 조명 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 우리 일상의 모든 곳에서 볼 수 있습니다. , 가전 제품, 전화기, 계기판 조명, 자동차 김서림 방지 등, 신호등 등. 그러나 밝기가 낮고 가격이 비싸기 때문에 범용 광원으로 대중화 및 적용 할 수 없습니다. 최근 반도체 발광 재료에 대한 연구가 지속적으로 심화되고 LED 제조 기술의 지속적인 발전과 신소재 (질화물 결정 및 형광체)의 개발 및 적용으로 초 고휘도 LED의 획기적인 발전이 이루어졌습니다. 다양한 색상의. 발광 효율이 거의 1,000 배 가까이 증가했으며 가시 광선 대역의 모든 색상이 색도 측면에서 실현되었습니다. 그 중 가장 중요한 것은 초 고휘도 백색 LED의 등장으로 LED 응용 분야가 고효율 광원 시장으로 도약 할 수있게되었습니다. 누군가는 에디슨이 백열 전구를 발명 한 이래로 고휘도 LED가 인류의 가장 위대한 발명품 중 하나가 될 것이라고 지적한 적이 있습니다.

(2) LED 발광 원리 발광 다이오드는 주로 PN 접합 칩, 전극 및 광학 시스템으로 구성됩니다. 발광체 칩 면적은 10.12mil (1mil=0.0254 평방 밀리미터)입니다. 현재는 칩 면적이 40mil 인 대형 칩 LED가 국제적으로 등장하고있다. 발광 공정은 순방향 바이어스 하의 캐리어 주입, 재결합 복사 및 광 에너지 전송의 세 부분으로 구성됩니다. 작은 반도체 칩은 깨끗한 에폭시 수지에 캡슐화되어 있습니다. 전자가 칩을 통과하면 음으로 하전 된 전자는 양으로 하전 된 정공 영역으로 이동하여 그와 재결합합니다. 전자와 정공은 광자를 생성하는 동안 사라집니다. 전자와 정공 사이의 에너지 (밴드 갭)가 클수록 생성되는 광자의 에너지가 높아집니다. 광자의 에너지는 빛의 색에 해당합니다. 가시 광선 스펙트럼에서 청색광과 보라색 광이 가장 많은 에너지를 전달하고 주황색 광과 적색광이 가장 적은 에너지를 전달합니다. 재료마다 밴드 갭이 다르기 때문에 서로 다른 색상의 빛을 방출 할 수 있습니다. LED 광원의 주류는 고휘도 백색 LED가 될 것입니다. 현재 대부분의 시판되는 백색광 LED는 2 파장입니다. 즉, 청색 단일 칩과 YAG $ 형광체가 혼합되어 백색광을 생성합니다. 미래에는 3 파장 백색 LED가 더 유망합니다. 즉, 무기 자외선 칩이 적색, 청색 및 녹색 형광체와 혼합되어 백색광을 생성합니다. 형광등, 에너지 절약형 소형 형광 전구 및 LED 백라이트를 대체합니다.

(3) LED 광원의 기본 특성

1. 높은 발광 효율 수십 년간의 기술 개선 끝에 LED의 발광 효율이 크게 향상되었습니다. 백열등 및 할로겐 텅스텐 램프의 조명 효과는 12-24 루멘 / W, 형광등 50-70 루멘 / W, 나트륨 램프 90-140 루멘 / W이며 대부분의 전력 소비는 열 손실이됩니다. 개선 된 LED 조명 효율은 50-200 루멘 / 와트에 도달 할 것이며 빛의 단색 성이 좋고 스펙트럼이 좁으며 필터링없이 직접 유색 가시광을 방출 할 수 있습니다. 현재 전 세계 각국에서 LED의 발광 효율 향상에 대한 연구를 강화하고 있으며 조만간 발광 효율이 크게 향상 될 것입니다.

2. 저전력 LED 단관 전력 0.03 ~ 0.06 watts, DC 드라이브 사용, 단관 구동 전압 1.5 ~ 3.5V, 전류 15 ~ 18mA, 빠른 응답 속도, 고주파 작동 가능. 동일한 조명 효과의 경우 전력 소비는 백열 전구의 1 만분의 1, 형광등의 절반입니다. 일본은 형광등보다 2 배 높은 광효율을 가진 LED가 일본 백열등과 형광등의 절반을 대체하는 데 사용되는 것으로 추정합니다. 매년 60 억 리터의 원유를 절약 할 수 있습니다. 교량 난간 조명의 경우 같은 효과를내는 형광등은 40W 이상이고 각 LED의 전력은 8W에 불과하며 다채로운 색상으로 변경할 수 있습니다.

3. 긴 수명. 전자 광장 복사 발광, 필라멘트 발광의 사용은 연소, 열 증착, 광 감쇠 및 기타 단점이 쉽습니다. LED 램프는 크기가 작고 무게가 가볍고 에폭시 수지가 캡슐화되어 있으며 고강도 기계적 충격 및 진동을 견딜 수 있으며 깨지기 쉽지 않습니다. 평균 수명은 100,000 시간입니다. LED 램프의 수명은 5 ~ 10 년에 달할 수있어 램프의 유지 보수 비용을 크게 줄이고 잦은 램프 교체의 고통을 피할 수 있습니다.

4. 강한 안전과 신뢰도, 저열 발생, 열복사 없음, 찬 광원, 만지기에 안전 : 가벼운 유형 및 빛난 각을 정확하게 통제 할 수 있습니다, 연한 색, 섬광 없음; 건강 물질을 해칠 수있는 수은, 나트륨 등을 포함하지 않습니다. 내장 마이크로 프로세싱 시스템은 광도를 제어하고 광도 모드를 조정하며 빛과 예술의 조합을 실현할 수 있습니다.

5. 환경 보호에 도움이됩니다. LED는 견고한 발광체로 충격에 강하고 충격에 강하며 쉽게 깨지지 않습니다. 폐기물은 재활용이 가능하며 오염이 없습니다. 광원은 크기가 작고 마음대로 결합 할 수 있습니다. 가볍고 얇고 작은 조명 제품으로 쉽게 개발할 수 있으며 설치 및 유지 관리도 쉽습니다. 물론 에너지 절약은 우리가 LED 광원 사용을 고려하는 주된 이유입니다. 아마도 LED 광원은 기존 광원보다 비싸지 만 1 년의 에너지 절약으로 광원에 대한 투자를 회수 할 수 있으므로 4 ~ 9 년 동안 매년 여러 번의 순이익을 얻을 수 있습니다. .

둘째, LED 광원 기술의 응용 전망 및 동향 오랫동안 LED의 저조도 효율로 인해 주로 다양한 디스플레이 분야에 응용이 집중되고있다. 초 고휘도 LED (특히 백색 LED)의 출현으로 조명 분야에서의 응용이 가능해졌습니다. 국제 권위 기관의 예측에 따르면 21 세기는 4 세대 새로운 광원으로 불리는 LED로 대표되는 새로운 광원 시대로 접어들 것입니다.

(1) 전망 및 개발 동향 현재 조명 소비는 전체 전력 소비의 약 20 %를 차지합니다. 조명 전력 소비를 대폭 줄이는 것은 에너지를 절약하는 중요한 방법입니다. 이 목표를 달성하기 위해 업계는 많은 에너지 절약형 조명기구를 연구 개발하여 일정한 효과를 얻었습니다. 그러나" 녹색 조명" 충분하지 않으며 더 효율적이고 신뢰할 수 있으며 안전하고 내구성이있는 새로운 광원을 개발하고 적용하는 것이 필수적입니다. LED는 고유의 우수성으로 세계'의 주목을 받고 있습니다. 미국, 일본 및 기타 국가와 대만은 LED 조명의 이점을 예측했습니다. 미국에서 백열등의 55 %와 형광등의 55 %가 LED로 교체되어 매년 350 억 달러의 전기 요금을 절약하고 매년 7 억 5 천 5 백만 톤의 이산화탄소 배출을 줄입니다. 일본의 백열등을 100 % LED로 교체하면 1 ~ 2 개의 원자력 발전소의 발전량을 줄이고 매년 10 억 리터 이상의 원유 소비량을 줄일 수 있습니다. 대만에서는 백열등의 25 %와 형광등의 100 %가 백색 LED로 대체되어 매년 110 억 킬로와트시의 전기를 절약합니다. 일본은" 21 세기 계획" 1998 년부터 새로운 세기의 조명용 LED 광원에 대한 실질적인 연구를 수행했습니다. 최근에는 Nichia Chemical, Toyoda Gosei, SONY 및 Jiayou Electric이 모두 LED 조명 제품을 출시했습니다. Philips, Osram, GE 등과 같은 세계적으로 유명한 조명 회사들도 LED 조명 제품의 연구, 개발 및 생산에 많은 인력과 재료 자원을 투자했습니다. 미국 GE와 EMCORE는 백열등, 소형 형광등, 텅스텐 할로겐 램프 및 자동차 램프를 대체 할 백색 LED를 개발하기 위해 새로운 회사를 설립했습니다. 독일의 Osram과 Siemens는 협력하여 LED 조명 시스템을 개발했습니다. 대만의 현재 LED 출력은 미국에 이어 일본에 이어 두 번째입니다. 1998 년부터 대만은 관련 개발 작업에 6 억 대만 달러를 투자했습니다. LED의 개발 역사는 수십 년 이었지만 조명 분야에서의 응용은 여전히 ​​새로운 기술입니다. LED 기술의 급속한 발전과 발광 효율의 점진적인 향상으로 LED의 응용 시장은 더욱 넓어 질 것입니다. 특히 글로벌 에너지 부족 우려가 높아지는 상황에서 조명 시장의 LED에 대한 전망이 전 세계적으로 주목을 받고 있습니다. 업계는 향후 10 년 안에 가장 유망한 시장이자 최대 시장이되는 것이 백열등, 텅스텐 램프 및 형광등을 대체 할 가장 유망한 상품이 될 것이라고 믿습니다.

(2) 조명 응용 분야의 주요 기술적 문제. 최근 몇 년 동안 LED의 발광 효율이 점차 향상되고 있으며 상용 장치는 백열 램프 수준에 도달했습니다. 경관 등에 사용되는 백색 LED의 발광 효율은 형광등 수준에 가깝고 꾸준히 증가하고 있습니다. in. 그러나 조명의 대중화와 적용에는 여전히 몇 가지 기술적 문제가 있습니다. 첫째, 광속을 더욱 개선해야합니다. LED를 광원으로 사용하면 더 많은 빛을 방출 할 수 있어야하고 에너지 효율이 높아야합니다. 둘째, LED에서 방출되는 빛과 자연광 사이에는 여전히 일정한 간격이 있습니다. 백열등은 매우 강한 조명 성분을 가지고있어 사람들에게 따뜻한 느낌을줍니다. 백색 LED에서 방출되는 백색광에는 청색광 성분이 있습니다. 이 빛의 조명 아래에서 사람들'의 비전은 그다지 자연스럽지 않습니다. 세 번째는 더 높은 가격입니다. 이것이 LED 조명의 인기에 영향을 미치는 주된 이유입니다. 그러나 최근 칩 기술의 발전으로 제조원가가 급격히 하락하고있다. 지난 3 년 동안 LED 가격은 거의 50 % 하락했습니다. 고효율 및 저비용으로 이동하고 있습니다. 이것은 조명 분야에서 LED의 응용입니다. 유리한 조건을 제공합니다. 또한 더 나은 가격 대비 성능 비율은 비용 가격 부족을 보완 할 수 있습니다.

3. 조명 환경에서 LED 조명 기술 적용. LED 광원은 높은 발광 효율, 저전력 소비, 긴 수명, 강력한 안전성 및 신뢰성의 특성을 가지고 있으며 환경 보호에 도움이되기 때문에 최근 몇 년 동안 도시 조명 환경에서 널리 사용되었습니다. 응용. 현재 디지털 심포니, 가드 레일 조명, 사각 조명, 안뜰 조명, 프로젝션 조명, 수중 조명 시리즈에 사용되었습니다. 많은 도시에서 LED 광원 조명 기술을 도시 조명 환경 건설에 사용하여 좋은 결과를 낳고 풍부한 경험을 축적했습니다. 광저우 전력 빌딩, 광저우 허둥 다리, 광저우 산업 및 상업 은행 빌딩, 주하이 잉빈 남부 도로 조명 프로젝트, 동관 중심 도시 조명 프로젝트, 정저우 허난 의과 대학 육교, 상하이 얀' 도로 조명 프로젝트, 후난 창더 City Danyang Flyover, Nantong Communication Tower 조명 공학 등

국가 도시화가 더욱 발전함에 따라 조명 환경 (가로등, 경관 조명, 예술적 조명 등) 건설 분야는 계속 확장 될 것이며 LED 광원의 응용도 계속 발전 할 것입니다. 4 세대 신형 광원으로 LED는 도시 경관 램프 건설 분야에 효과적으로 적용되었습니다. 그러나 가로등의 건설 및 유지 관리에서 고출력 고압 나트륨 램프, 고압 수은 램프, 메탈 할라이드 램프 및 기타 광원을 교체하려면 추가 단계가 필요합니다. LED 광원의 조명 응용 분야에 존재하는 기술적 문제를 해결하기 위해 LED 광원에 대한 연구 및 논의는 LED 광원 제조업체가 가로등 산업의 실제 상황을 결합하여 새로운 제품을 생산하는 것도 필요합니다. 가로등 건설 및 유지 보수의 요구를 충족시켜 4 세대의 새로운 광원을 도시 조명 건설에서 더 큰 역할을 할 수 있습니다.