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1、毕业论文毕业论文-LED-LED 照明系统设计照明系统设计目 录摘 要 IAbstractII1 绪 论 11.1 引言 11.2 国内外现状与发展趋势11.3 研究的目的与意义21.4 研究的内容32 LED 光源与传统光源的比较 42.1 传统光源的优缺点42.2 LED 光源的优缺点43 对光场的要求以及光场模拟 73.1 道路照明指标及采取的方案73.2 LED 光源的光强分布以及光场模拟93.3 LED 照明系统的二次设计 104 总 结 16致 谢 17参考文献18摘 要发光二极管 LED，Light Emitting Diode 被认为是人类历史上继火焰、白炽灯、荧光灯之后的第四
2、代光源。基于节能的需要以及人们对照明质量要求的不断提高，半导体照明光源以其高效节能、长寿命、色彩丰富和环保等特点受到了人们的广泛关注。在照明领域，主要关心的问题是如何将光能高效地投射到目标面上，并在照射目标上实现特定方式的照明。通过一系列的设计与调整，制造出高效的 LED 照明系统，从而让 LED 走进人们的生活成为可能。本文介绍了 LED 照明特点、光场分布、道路照明指标以及采取的一些控制措施，并以 LED 路灯设计为实例，采用区域分割的思想对 LED 路灯进行光学设计，让指定的 LED 照射到特定的区域，通过这些照明区域的叠加实现道路的均匀照明，最终得到满意的结果。设计结果经过 ASAP
3、软件仿真和实际测量均达到了道路照明标准中的要求。关键字：发管二极管照明 道路照明 二次光学设计 发光二极管路灯LED Lighting System DesignAbstractLight Emitting Diode LED is considered as the fourth-generation light source after Flame，Incandescent and Fluorescent in the history of mankindWith the demand of energy saving and the requirement for higher ligh
4、ting quality, semiconductor lighting sources have been concerned for its excellent characteristics: high efficient and energy saving, long life, rich colors and environmental protection ect. In the lighting field, the main concern is how to efficiently light projected onto the target surface, and th
5、e irradiation target on the way to achieve a particular lighting. Through a series of design and adjustment, to create a highly efficient LED lighting system, so that LED into peoples lives possible.This paper introduces the characteristics of LED lighting, light distribution, lighting a number of i
6、ndicators and Program adopted, and to design LED lamps as an example, a regional division of thought on the LED lamp for optical design, LED light so designated to a specific area, through the illumination path of stacking area uniform illumination. ASAP software design results through simulation an
7、d actual measurement are met the requirements of road lighting standards.Keywords: LED lighting; Road lighting ; Secondary optics design; LED lamps1 绪 论1.1 引言1879 年，爱迪生发明了碳丝白炽灯，使照明技术进入一个崭新的时代。回顾 20 世纪的照明史，荧光灯、汞灯、高低压钠灯、金属卤化物灯、紧凑型荧光灯、高频无极荧光灯以及微波硫灯等新光源层出不穷。白炽灯从其问世的那一天起就带有先天性的缺陷，寿命短，钨丝加热耗电大，灯泡易碎，而且容易使人触
8、电。荧光灯的出现，虽说比白炽灯节电节能，但对人的视力产生不利的影响，灯管内的重金属汞也有害于人体和环境。真正引发照明技术发生质变的还是 LED 的发明。与传统照明技术相比，LED 的最大区别是结构和材料的不同，它是一种能够将电能转化为可见光的半导体。LED 属于全固体冷光源，体积极小、结构坚固、重量轻、而且工作电压低，使用寿命长，节能环保。 LED 光源被称为继白炽灯、荧光灯、高强度气体灯之后的第四代光源。在照明领域，LED 发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED 作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势。LED 照明使用的白色 LED 发光效率的提高非常明显，最近 12 年的进步尤
9、为显著。虽然数值超过了 100lm/W，但就 LED 照明器具而言仍未超越荧光灯。因为使用白色 LED 组装照明器具时，在电源电路功率转换损耗、升温及输入大电流造成的发光效率下降、器具内光损耗的影响下，照明器具整体的效率（综合效率）约为白色 LED 的发光效率的 5070，即使使用最新的白色 LED 也只能达到 80左右。 发光效率在今后仍会继续提升，综合效率超越荧光灯的 LED照明器具将于 20102015 年间问世，到那时，LED 才会真正成为效率 No.1 的照明。1231.2 国内外现状与发展趋势LED 的研制起始于上世纪六十年代，随着技术的进步，其出光颜色的种类、芯片尺寸、发光效率、
10、输入功率和封装结构等都有了很大的飞跃。最初由于光效率较低，光通量很小，只能在电器设备和仪器仪表上作为指示灯使用。进入90 年代，随着 LED 制造材料的革新、工艺的改进和生产规模的提高，A1GaInP 磷化铝镓铟 等超高亮度 LED 逐渐进入市场并占据重要地位。特别是自 1998 年白光 LED 研制成功后，人们认识到了 LED 在普通照明领域的巨大发展潜力，纷纷加大研究投入，从而掀起了一场新的产业革命照明革命。美国能源部每年提供 5000 万美元实施固态光源的战略发展规划：计划到2025 年照明灯能耗可节省 29，20052025 年可累计节省 1250 亿美元的电费，相当推迟建立 40 多
11、个 1000 兆瓦的电厂，有利于减少环境污染；同时计划到2025 年全国固态光源市场的收入每年约 100 亿美元。为了指导 LED 照明产业的发展，美国光电工业发展协会 OIDA 制定了相应的技术路线图，计划到 2020 年，将 LED 的发光效率提高到 200lm/w，而照明成本降低到 3 美元，如表 1-1。表 1-1 半导体照明光源发展目标指标2002 年 2007 年 2012 年 2020 年发光效率/lm/W 25 75 150200寿命/h 20,000 20,000 100,000100,000光通量/lm 25200 10001500输入功率/W 12.7 6.7 7.5光通
12、价格/$/klm200 20 52照明成本/$ 5453显色指数75 80 8080曰本于 1998 年在世界率先开展“2l 世纪照明”计划，器在通过使用长寿命、更薄更轻的 GaN 高效蓝光和紫外 LED，使得照明的能量效率提高到传统荧光灯的两倍，减少 CO2 的产生，并在 2006 年完成用 LED 替代 50的传统照明光源的目标，整个计划的财政预算为 60 亿日元。从 19982002 年，耗资 50 亿日元的第一期目标已经完成，曰本正在实施第二期计划，计划到 2010 年将 LED的发光效率提高到 120 lmW。中国于 2003 年 6 月 17 日，由科技部牵头成立了跨部门、跨地区、
13、跨行业的“国家半导体照明工程协调领导小组“，提出了我国实施半导体照明工程的总体方针，研究提出中国半导体照明产业发展的总体战略和实施方案。2004 年 6月我国由 15 个科研所和 50 多个企业参与实施的国家 LED 固态能源计划，已由中央政府拨款 1.4 亿元。从 2006 年的“十一五”开始，国家将把半导体照明工程作为一个重大工程进行推动。我国半导体产业正在进入自主创新、实现跨越式发展的重大历史机遇。我国出现了很多示范性路灯照明实例。随着 2008 年北京奥运会和 20l0 年上海世博会的陆续申办成功，北京、上海等主要的举办城市加大了对景观照明的投入，受此影响，2007 年 LED 用于景
14、观照明市场的规模达到 212 亿元。可以预见，未来 LED 将逐渐替代白炽灯、荧光灯等光光源，成为人造光源逐流产品，广泛应用于各种照明、显示和标识，专家估计将会有1000 亿美元的产业规模。此外，北京和其他地方政府也参与投资开发地方的固态光源。作为一个新型绿色照明光源，LED 引起了各国的广泛关注和深入研究，它将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯和高压放电灯之后的第四代人工照明光源。4561.3 研究的目的与意义世界照明工业的转型和新兴半导体照明产业的崛起，已成为不争的事实。半导体照明光源具有节能、环保和寿命长等显著优点，各国都已经认识到了发展半导体照明产业具有重要战略意义：1、半导体照明是节能
15、的“富矿” ，同样亮度下耗电仅为普通白炽灯的110 节能灯的 12，使用寿命却可以延长 100 倍；2、半导体照明是安全、健康的“绿色光源” ，环保效果明显，半导体照明光源直流、低压，无频闪和电磁干扰，无红外、紫外辐射，无荧光灯中的汞蒸汽等污染物，符合欧盟未来灯具生产标准，并通过节能降耗减少火力发电产生的 C02、S02 和粉尘的排放量。此外，半导体照明的数字化照明应用和丰富的视觉效果可以调节人的生理和心理，营造气氛，带来健康舒适的生活和工作环境；3、半导体照明有着巨大的市场及发展潜力，对调整传统照明产业结构，提升产业国际竞争力意义重大；4、半导体照明产业涵盖节能、环保、高技术、微电子、基础装
16、备制造等诸多领域，发展半导体照明产业，对信息产业、汽车电子、原材料与装备制造、消费类电子、航空航天、太阳能光伏以及整个光电子产业等领域均起到重要的带动作用。71.4 研究的内容本文作者在毕业设计过程中，对本课题作了以下几个方面的工作：4 在现有论文的基础上，设计一个 LED 路灯。2 LED 光源与传统光源的比较2.1 传统光源的优缺点传统光源的优点：1、传统光源技术较成熟，散热问题控制的很好，因此光衰较小，发光效率高2、造价便宜，LED 灯具比之传统的高压钠灯价格要高出 34 倍，相对于高昂的 LED 灯具的投资成本和运行成本金属卤化物灯的寿命在 600012000 小时，高压钠灯的寿命是 12000 小时高压钠灯或金属卤化物灯是全空间发光的光源，需要将一个半空间的出射光线改变 180方向投向另一半空间内。当我们依赖反射器来完成时，反射器对光线的吸收和光源自身的挡光是不可避免的高压钠灯灯泡启动时间长，在通电 510 分钟左右，才能达到正常亮
