【正文】 清潔環(huán)保、無光污染、無輻射和毒副作用的優(yōu)質(zhì)新光源?，F(xiàn)階段,從事該產(chǎn)業(yè)的人數(shù)高達(dá)50余萬多人,研究機(jī)構(gòu)20多家,企業(yè)4000多家。據(jù)了解,在中國LED產(chǎn)業(yè)已初步形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。LED作為比節(jié)能燈更先進(jìn)的新光源,目前其產(chǎn)品基本上銷往國外。2007年春季歐盟首腦會(huì)議達(dá)成協(xié)議,要求歐盟各國逐步淘汰白熾燈。上世紀(jì)90年代以來,節(jié)能燈的主要生產(chǎn)國都在本國大力普及使用,而我國產(chǎn)的節(jié)能燈卻主要用于出口,國內(nèi)的普及率不高。中國是世界第二大發(fā)電大國。它采用固體封裝,使用壽命可達(dá)5萬小時(shí),是白熾燈的100倍熒光燈的10倍,它無需使用玻璃真空封裝,不產(chǎn)生毒副作用和汞污染。在奧運(yùn)場館建中LED技術(shù)作為自主創(chuàng)新的代表被廣泛使用。LED是半導(dǎo)體照明的簡稱。甚至有人大膽預(yù)言。一些有基礎(chǔ)的城市在很短的時(shí)間內(nèi)就編制了推廣計(jì)劃,如天津市計(jì)劃推廣50萬盞,揚(yáng)州市計(jì)劃5萬盞,僅這四個(gè)城市計(jì)劃的LED照明燈具就高達(dá)63萬盞。2009年5月初,中國科技部批準(zhǔn)21個(gè)城市開展半導(dǎo)體照明應(yīng)用工程試點(diǎn)工。 關(guān)于如何開展十城萬盞LED試點(diǎn)示范城市工作,科技部高新司對口業(yè)務(wù)處室原提出的實(shí)施方案初步設(shè)想是：通過以LED在市政照明的應(yīng)用示范工程為載體,選擇10個(gè)城市推廣應(yīng)用LED照明燈具(包括路燈、隧道燈、地鐵輕軌、加油站、地下停車場等功能照明燈具)1萬盞以上。LED道路照明市場部分,除了國際展覽、賽事的推波助瀾外,各國政府大型采購和LED路燈示范計(jì)劃的實(shí)施,以及LED路燈照明地方規(guī)范相繼制定,預(yù)計(jì)2012年全球LED路燈市場滲透率將突破1%,開始邁入快速增長期。這是對一個(gè)產(chǎn)業(yè)空前的支持。聯(lián)合國秘書長潘基文、國家發(fā)改委副主任解振華、中國常駐聯(lián)合國代表張業(yè)遂、財(cái)政部副部長李勇、聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署(UNDP)中國首席代表馬和勵(lì)出席了簽字儀式。2009年注定是中國LED年,4月份國家科技部推出十城萬盞計(jì)劃。2. 國家“十城萬盞”LED半導(dǎo)體照明工程實(shí)施進(jìn)展情況“十城萬盞”半導(dǎo)體照明應(yīng)用工程,是一項(xiàng)由科技部提出的計(jì)劃,應(yīng)用工程的總體目標(biāo)是：到2010年,在10～21個(gè)城市推廣40萬盞以上半導(dǎo)體市政照明 燈具 ,實(shí)現(xiàn)年節(jié)電6000萬千瓦時(shí),累計(jì)節(jié)電1億千瓦時(shí)以上,半導(dǎo)體市政照明燈具產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到80億元,帶動(dòng)半導(dǎo)體照明相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值超過1000億元。對校園LED路燈的設(shè)計(jì)、路燈的散熱分析及仿真是本論文的重點(diǎn)。本文先是介紹了國家“十城萬盞”LED半導(dǎo)體照明工程及其施工進(jìn)展情況，說明了國家對LED照明發(fā)展的重視；然后，介紹了照明中所用到的光度學(xué)和色度學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，要設(shè)計(jì)出合理的路燈，這些基礎(chǔ)知識(shí)是必須要掌握的，其中光的基本度量，是評價(jià)LED照明效果的重要參數(shù)；接著，講述了目前LED在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，在汽車、道路照明等領(lǐng)域的應(yīng)用中，LED有非常明顯的優(yōu)勢及很好的前景；然后描述了LED的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理，對LED的3大特性進(jìn)行了分析、研究。LED被公認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的高新技術(shù)領(lǐng)域之一，由于其蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī)，正成為群雄逐鹿的新戰(zhàn)場?？傊?，LED是一種固態(tài)冷光源，是繼白熾燈、熒光燈、和高強(qiáng)度放電（HID）燈（如高壓鈉燈和金鹵燈）之后的第四代新光源。燈具的穩(wěn)定性,可靠性難以保證。輸出功率及光通量的提高要從大功率白光LED的外延技術(shù)、芯片工藝等基礎(chǔ)層次進(jìn)一步提升?，F(xiàn)階段LED燈具性能上的缺陷：（1）發(fā)光效率較低,亮度不足,燈具的成本高:目前雖然試驗(yàn)室水平大功率白光LED的發(fā)光效率已經(jīng)超過了100 lm/W,但量產(chǎn)的、性價(jià)比高的大功率白光LED發(fā)光效率還在80 lm/W左右,在燈具設(shè)計(jì)中如果要提高整體的燈具亮度指標(biāo),勢必要增加LED的數(shù)量,從而增加燈具的成本。（4）環(huán)保,便于管理:LED光源無輻射,更不會(huì)造成光污染。光色可以人為控制,可以通過配光滿足不同照明領(lǐng)域的需求。由于驅(qū)動(dòng)電流小、電纜、變壓器和工程費(fèi)用也相應(yīng)的減少。（2）低維護(hù)成本,安裝維護(hù)簡便:如果燈具整體設(shè)計(jì)合理,大功率LED光源理論上可以正常使用10年不用更換,而傳統(tǒng)高壓鈉燈平均1年半就要更換一次,所以可以大大降低維護(hù)成本。目前白光LED的發(fā)光效率約為80 lm/W,較傳統(tǒng)高壓鈉燈可以節(jié)電50%~60%。 LED燈具性能上的優(yōu)勢：（1）節(jié)能，安全性高:LED光源如果設(shè)計(jì)合理,很大程度上可以直接解決傳統(tǒng)球狀光源必須依靠光發(fā)射來解決的二次取光及光損耗問題。由于LED光源的顯著優(yōu)點(diǎn)和白光LED技術(shù)的日臻成熟,LED光源城市道路照明系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景。2009年10月，又發(fā)布了《半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見》，旨在推動(dòng)我國半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，培育新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)及促進(jìn)節(jié)能減排，提出將開發(fā)和推廣替代白熾燈、鹵鎢燈等節(jié)能效果顯著、性價(jià)比高的半導(dǎo)體照明定型產(chǎn)品；開發(fā)和推廣停車場、隧道、道路等性能要求高、照明時(shí)間長的功能性半導(dǎo)體照明定型產(chǎn)品；發(fā)展中大尺寸液晶顯示背光源、汽車照明等增長潛力大的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品；發(fā)展醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等特殊用途的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品。美國、日本、歐盟等國家和地區(qū)紛紛制定政策扶持LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在同等照明亮度的狀況下，LED燈比普通燈平均節(jié)電40％~50％。所以，實(shí)現(xiàn)綠色照明符合低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在我國，照明用電的電消耗約2000億千瓦時(shí)，占年發(fā)電量的12%左右。低碳經(jīng)濟(jì)就是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式，其實(shí)質(zhì)是能源效率和清潔能源結(jié)構(gòu)問題，核心是能源技術(shù)創(chuàng)新和制度創(chuàng)新，目標(biāo)是減緩氣候變化和促進(jìn)人類的可持續(xù)發(fā)展。目 錄 1 1 3“十城萬盞”LED半導(dǎo)體照明工程實(shí)施進(jìn)展情況 4 6 6 6 7 9 11 11 134. LED在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用 15 LED汽車照明 15 LED道理隧道照明 17 LED在其它方面的應(yīng)用 205. LED的發(fā)光原理及主要參數(shù)、特性 22 LED的發(fā)光原理及結(jié)構(gòu) 22 LED主要參數(shù)及特性 24 LED的電學(xué)特性 24 LED的光學(xué)特性 25 LED的熱學(xué)特性 25 27 LED散熱的必要性 27 LED的散熱技術(shù) 277. LED路燈設(shè)計(jì) 29《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》 29 30 30 32 LED路燈的散熱 338. LED路燈散熱設(shè)計(jì)（軟件仿真） 34 IcePak軟件介紹 34 34 34 35 41結(jié)論 43致謝 44參考文獻(xiàn) 451. 緒論 綠色光源LED的現(xiàn)狀當(dāng)前全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，節(jié)約能源是我們未來面臨的重要的問題，在照明領(lǐng)域，LED發(fā)光產(chǎn)品的應(yīng)用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來發(fā)展的趨勢，二十一世紀(jì)將進(jìn)入以LED為代表的新型照明光源時(shí)代。隨著低碳經(jīng)濟(jì)的全面推動(dòng)，綠色照明備受各國政府的重視。根據(jù)美國能源信息局的報(bào)告，發(fā)電（大部分為照明應(yīng)用提供電源）制造了37的溫室氣體。實(shí)行綠色照明將減少用電量，從而降低碳排放。LED是發(fā)光二極管的簡稱，具有節(jié)能、環(huán)保、耗電量少、壽命長、色彩豐富、耐震動(dòng)、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)，發(fā)光效率高且達(dá)到同樣照明效果的功率低。為了在照明領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)，各國政府都提出和實(shí)施綠色照明工程?！　∥覈畯?996年開始組織實(shí)施綠色照明工程，并將其列入“九五”、“十五”節(jié)能重點(diǎn)領(lǐng)域和“十一五”十大重點(diǎn)節(jié)能工程。許多城市已經(jīng)利用LED光源照明技術(shù)在城市燈光環(huán)境建設(shè)中,產(chǎn)生了良好的效果,像護(hù)欄照明、廣場照明、庭院照明、投光照明、水下照明等系列。對節(jié)省建設(shè)資金,緩減用電矛盾,構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)具有重大意義。所以燈具反射損失低,燈具整體光效高,如果采用PWM數(shù)字調(diào)光系統(tǒng),更省電。如果和太陽能系統(tǒng)直接配套,無需額外的逆變、轉(zhuǎn)換過程,能達(dá)到最大的能源利用率。同時(shí)采用LED路燈除了在單燈成本及最初安裝的造價(jià)比高壓鈉燈高外,在鋪設(shè)成本、耗電成本及壽命方面均大大優(yōu)于高壓鈉燈。（3）顯色性佳,配光容易:LED的顯色指數(shù)高(75~90),基本上接近自然光。對光照射區(qū)域的光色均勻度可控,能夠避免傳統(tǒng)光源單調(diào)色的現(xiàn)象。使用壽命長,不需要經(jīng)常進(jìn)行更換,管理維護(hù)方便。（2）地面對LED光的反射率低:由于目前白光LED光譜特征,路面及周邊物體對其反射率低,特別是瀝青路面,雖然地面的照度指標(biāo)能達(dá)到要求,但路面的亮度較低,與鈉燈的黃光相比,這是它的一個(gè)弱點(diǎn)。（3）當(dāng)前技術(shù)下LED的光通量還不夠大,光效太低,色溫不易控制,造成燈具的整體品質(zhì)難以保證。有效光的照明角度偏小、分布不均勻,光學(xué)、散熱設(shè)計(jì)復(fù)雜。半導(dǎo)體照明（也稱固態(tài)照明）既是一種基于LED新型光源的固態(tài)照明，具體的講，是一種基于白光LED的固態(tài)照明，是一種典型的節(jié)能、環(huán)保綠色照明。 論文主要研究的內(nèi)容 由于LED具有高效、節(jié)能及壽命長的優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)在所提倡的節(jié)能減排、綠色低碳型經(jīng)濟(jì)，所以研究設(shè)計(jì)LED路燈是有實(shí)際意義的。前面幾章是研究和介紹LED的基礎(chǔ)知識(shí)和特性，后面3章是設(shè)計(jì)LED路燈及散熱分析，只有掌握了基礎(chǔ)知識(shí)，才能設(shè)計(jì)出合格的路燈。本文的路燈設(shè)計(jì)是針對我校路燈的實(shí)際情況來設(shè)計(jì)的，根據(jù)學(xué)校路目前路燈覆蓋率、照明效果及路面情況來選取的基本參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出符合校園要求的LED路燈，和現(xiàn)在的高壓鈉燈相比，LED路燈更省電，照明效果更好；對路燈的散熱，是用軟件IcePak進(jìn)行模擬仿真，從整體到局部進(jìn)行熱分析，最后分析結(jié)果說明所設(shè)計(jì)的路燈散熱效果良好。對于工程試點(diǎn)城市,國家將在政策和資金上予以支持。7月24日,國家發(fā)改委與聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署(UNDP)、全球環(huán)境基金(GEF)合作的中國逐步淘汰白熾燈、加快推廣節(jié)能燈項(xiàng)目簽字儀式在北京舉行。這標(biāo)志著中國綠色照明國際合作進(jìn)入新的階段。 其實(shí),國家財(cái)政部早在2008年,開始實(shí)行的《高效照明產(chǎn)品推廣財(cái)政補(bǔ)貼資金管理暫行辦法》已把LED半導(dǎo)體照明產(chǎn)品列入補(bǔ)貼范圍,隨之相應(yīng)配套的稅費(fèi)等政策相繼出臺(tái)。由2008年北京奧運(yùn)LED的應(yīng)用持續(xù)發(fā)燒,加上2010年上海世界博覽會(huì)、廣州亞洲運(yùn)動(dòng)會(huì)和2011年深圳世界大學(xué)運(yùn)動(dòng)會(huì)即將陸續(xù)登場,所帶動(dòng)的大型LED廣告牌、建筑景觀照明等應(yīng)用商機(jī),也是2012年LED產(chǎn)業(yè)值得關(guān)注的熱點(diǎn)。政府的支持,國家節(jié)能減排政策的帶動(dòng)將是持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力。根據(jù)LED產(chǎn)品的技術(shù)效能、應(yīng)用的節(jié)能效果以及所獲得的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益,采取后補(bǔ)助的方式,進(jìn)行補(bǔ)貼,但目前依然沒有下達(dá)文件。全國21個(gè)試點(diǎn)城市為天津市、上海市、重慶市、石家莊市、保定市、大連市、哈爾濱市、揚(yáng)州市、寧波市、杭州市、廈門市、福州市、南昌市、濰坊市、鄭州市、西安市、武漢市、深圳市、東莞市、成都市、綿陽市。21個(gè)城市按1萬盞計(jì)算,自身就需要安裝路燈、隧道燈21萬盞,如果這21萬盞一半是新安裝(含燈桿),一半是更換(不含燈桿),平均以5000元1盞計(jì)算,。實(shí)際需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個(gè)數(shù)字,2009年中國大陸將需要140萬盞,全球需240萬盞,未來市場潛力之大可見一斑。到2013年以后中國的LED產(chǎn)值將達(dá)到1000億美元以上,咱們暫且不論數(shù)字的多少,只是這個(gè)產(chǎn)業(yè),只要是能夠突破核心技術(shù)高端芯片研發(fā)瓶頸,我們的節(jié)能減排及建設(shè)綠色城市的目標(biāo)是能夠?qū)崿F(xiàn)的。它是以半導(dǎo)體芯片為材料的固態(tài)光源,依靠電子空穴復(fù)合發(fā)光,將電能轉(zhuǎn)換成光能的效率高達(dá)80%以上。據(jù)了解LED的耗能僅為白熾燈的10%,熒光燈的30%。2007年發(fā)電總量為32559億千瓦時(shí),年照明用電高達(dá)3900億千瓦時(shí),相當(dāng)于英國一年的用電總量。有數(shù)據(jù)顯示,2003年中國節(jié)能燈的產(chǎn)量為10億只,占世界銷售市場份額的70%,。據(jù)專家介紹,2007年以來,北美、澳大利亞均立法禁止使用白熾燈。記者在北京中數(shù)程通科技發(fā)展有限公司采訪時(shí)了解到,浙江是全球最大的節(jié)能燈生產(chǎn)基地,產(chǎn)量約占全球生產(chǎn)量的50%,95%出口外銷,節(jié)能燈生產(chǎn)大國很遺憾的卻是應(yīng)用小國。LED產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了買器件、買芯片、買外延片之路后,目前已初步實(shí)現(xiàn)了自主生產(chǎn)芯片和外延片的生產(chǎn)加工能力。2006年,。3. 光的照明基礎(chǔ)知識(shí) 光度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 光的基本概念和理論 從物理學(xué)上說，光是一種電磁輻射。光波的波長區(qū)間在380納米與780納米（nm，1nm=109m）之間。 圖31 電磁波譜在可見光中，波長最短的是紫光，稍長的是藍(lán)光，以后的順序是青光、綠光、黃光、橙光和紅光，其中紅光波長最長。波長范圍在780nm~1nm的紅外輻射通常被細(xì)分為：近紅外 IRA，λ=780~1400nm；中紅外 IRB，λ=~3μm。波長比可見光短的光學(xué)輻射稱為紫外輻射。 遠(yuǎn)紫外 UVC，λ=100μm~280nm。其中，不可見光LED又分紅外線LED（λ=850~950nm）和光通信LED/LD（λ=1300~1550nm）。例如使用AIInGaP材料制得的LED波長可為590nm、611nm、625nm,所以可以發(fā)出黃光、橙光和紅光。當(dāng)媒質(zhì)發(fā)生改變時(shí)，光線或被反射，或被透射，或被吸收。（1）光的反射當(dāng)光線遇到不透明的物體表面時(shí)，大部分光背反射，小部分被吸收。①規(guī)則反射在光滑界面上所產(chǎn)生的光的反射稱為規(guī)則反射，又稱鏡面反射，如圖32所示。②散反射 當(dāng)光線從某方向入射到經(jīng)散射處理的鋁板、經(jīng)涂刷處理的金屬板或毛面白漆涂層時(shí)，反射光向各個(gè)不同的方向散開，但其總方向是一致的，如圖33所示，其光束的軸線方向仍遵守反射定律，這種光的反射稱為散反射。當(dāng)反射遵守朗伯（Lamber）余弦定律時(shí)，即任意方向的光強(qiáng)Iθ與該反射面的法線方向的光強(qiáng)I0所成的角度θ的余弦成比例（Iθ=I0cosθ），而與光的入射方向無光，從反射面的各個(gè)方向看去，光的亮度均相同，這種光的反射稱為各向同性漫反射，如圖34所示。在定向反射方向上的放光強(qiáng)度比其他方向上的要大得多，而且有最大亮度。（2）光的折射、全反射與透射①折射光從第一種介質(zhì)進(jìn)入第二種介質(zhì)時(shí)，若傾斜入射，這在入射面上有反射光，而進(jìn)入第二種介質(zhì)時(shí)有折射光，如圖35所示。當(dāng)入射角未達(dá)到90176。繼續(xù)增大入射角，則光線全部返回到光密物質(zhì)內(nèi)，不再有折射光，這種現(xiàn)象稱為全反射。③