1、 畢業設計（論文）目 錄1.緒論11.1綠色光源LED的現狀11.2論文主要研究的內容32.國家“十城萬盞”LED半導體照明工程實施進展情況43.光的照明基礎知識63.1光度學基礎知識63.1.1光的基本概念和理論63.1.2光的傳播特性73.1.3光的基本度量93.2色度學基礎知識113.2.1顏色113.2.2與顏色有關的照明參量134. LED在各個領域中的應用154.1 LED汽車照明154.2 LED道理隧道照明174.3 LED在其它方面的應用205. LED的發光原理及主要參數、特性225.1 LED的發光原理及結構225.2 LED主要參數及特性245.2.1 LED的電學特性

2、245.2.2 LED的光學特性255.2.3 LED的熱學特性256.大功率LED燈散熱設計276.1 LED散熱的必要性276.2 LED的散熱技術277. LED路燈設計297.1城市道路照明設計標準297.2設計目標為校園路燈307.3計算所需要LED的個數307.4路燈燈頭設計327.5 LED路燈的散熱338. LED路燈散熱設計（軟件仿真）348.1 IcePak軟件介紹348.2用Icepak進行熱仿真及分析348.2.1建模348.2.1對模型進行熱分析359.校園LED路燈應用41結論43致謝44參考文獻451. 緒論1.1 綠色光源LED的現狀當前全球能源短缺的憂慮再度升

3、高的背景下，節約能源是我們未來面臨的重要的問題，在照明領域，LED發光產品的應用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產品，必然是未來發展的趨勢，二十一世紀將進入以LED為代表的新型照明光源時代。隨著低碳經濟的全面推動，綠色照明備受各國政府的重視。低碳經濟就是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式，其實質是能源效率和清潔能源結構問題，核心是能源技術創新和制度創新，目標是減緩氣候變化和促進人類的可持續發展。根據美國能源信息局的報告，發電（大部分為照明應用提供電源）制造了37的溫室氣體。在我國，照明用電的電消耗約2000億千瓦時，占年發電量的12%左右。實行綠色照明將減少用電量，從而降

4、低碳排放。所以，實現綠色照明符合低碳經濟的發展。LED是發光二極管的簡稱，具有節能、環保、耗電量少、壽命長、色彩豐富、耐震動、可控性強等特點，發光效率高且達到同樣照明效果的功率低。在同等照明亮度的狀況下，LED燈比普通燈平均節電4050。為了在照明領域實現低碳經濟，各國政府都提出和實施綠色照明工程。美國、日本、歐盟等國家和地區紛紛制定政策扶持LED照明產業的發展。我國政府從1996年開始組織實施綠色照明工程，并將其列入“九五”、“十五”節能重點領域和“十一五”十大重點節能工程。2009年10月，又發布了半導體照明節能產業發展意見，旨在推動我國半導體照明節能產業健康有序發展，培育新的經濟增長點及

5、促進節能減排，提出將開發和推廣替代白熾燈、鹵鎢燈等節能效果顯著、性價比高的半導體照明定型產品；開發和推廣停車場、隧道、道路等性能要求高、照明時間長的功能性半導體照明定型產品；發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體照明產品；發展醫療、農業等特殊用途的半導體照明產品。許多城市已經利用LED光源照明技術在城市燈光環境建設中,產生了良好的效果,像護欄照明、廣場照明、庭院照明、投光照明、水下照明等系列。由于LED光源的顯著優點和白光LED技術的日臻成熟,LED光源城市道路照明系統有著廣闊的應用前景。對節省建設資金,緩減用電矛盾,構建節約型社會具有重大意義。 LED燈具性能上的優勢：（1

6、）節能，安全性高:LED光源如果設計合理,很大程度上可以直接解決傳統球狀光源必須依靠光發射來解決的二次取光及光損耗問題。所以燈具反射損失低,燈具整體光效高,如果采用PWM數字調光系統,更省電;目前白光LED的發光效率約為80 lm/W,較傳統高壓鈉燈可以節電50%60%。如果和太陽能系統直接配套,無需額外的逆變、轉換過程,能達到最大的能源利用率。（2）低維護成本,安裝維護簡便:如果燈具整體設計合理,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成本。同時采用LED路燈除了在單燈成本及最初安裝的造價比高壓鈉燈高外,在鋪設成本、耗電成本

7、及壽命方面均大大優于高壓鈉燈。由于驅動電流小、電纜、變壓器和工程費用也相應的減少。（3）顯色性佳,配光容易:LED的顯色指數高(7590),基本上接近自然光。光色可以人為控制,可以通過配光滿足不同照明領域的需求。對光照射區域的光色均勻度可控,能夠避免傳統光源單調色的現象。（4）環保,便于管理:LED光源無輻射,更不會造成光污染;使用壽命長,不需要經常進行更換,管理維護方便。現階段LED燈具性能上的缺陷：（1）發光效率較低,亮度不足,燈具的成本高:目前雖然試驗室水平大功率白光LED的發光效率已經超過了100 lm/W,但量產的、性價比高的大功率白光LED發光效率還在80 lm/W左右,在燈具設計

8、中如果要提高整體的燈具亮度指標,勢必要增加LED的數量,從而增加燈具的成本。（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能達到要求,但路面的亮度較低,與鈉燈的黃光相比,這是它的一個弱點。輸出功率及光通量的提高要從大功率白光LED的外延技術、芯片工藝等基礎層次進一步提升。（3）當前技術下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難以保證;燈具的穩定性,可靠性難以保證;有效光的照明角度偏小、分布不均勻,光學、散熱設計復雜。總之，LED是一種固態冷光源，是繼白熾燈、熒光燈、和高強度放電（HID）燈（

9、如高壓鈉燈和金鹵燈）之后的第四代新光源。半導體照明（也稱固態照明）既是一種基于LED新型光源的固態照明，具體的講，是一種基于白光LED的固態照明，是一種典型的節能、環保綠色照明。LED被公認為是21世紀最具發展前景的高新技術領域之一，由于其蘊藏著巨大的商機，正成為群雄逐鹿的新戰場。1.2 論文主要研究的內容 由于LED具有高效、節能及壽命長的優點，符合現在所提倡的節能減排、綠色低碳型經濟，所以研究設計LED路燈是有實際意義的。本文先是介紹了國家“十城萬盞”LED半導體照明工程及其施工進展情況，說明了國家對LED照明發展的重視；然后，介紹了照明中所用到的光度學和色度學的基礎知識，要設計出合理的路

10、燈，這些基礎知識是必須要掌握的，其中光的基本度量，是評價LED照明效果的重要參數；接著，講述了目前LED在各個領域中的應用，在汽車、道路照明等領域的應用中，LED有非常明顯的優勢及很好的前景；然后描述了LED的結構及發光原理，對LED的3大特性進行了分析、研究。前面幾章是研究和介紹LED的基礎知識和特性，后面3章是設計LED路燈及散熱分析，只有掌握了基礎知識，才能設計出合格的路燈。對校園LED路燈的設計、路燈的散熱分析及仿真是本論文的重點。本文的路燈設計是針對我校路燈的實際情況來設計的，根據學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，從而設計出符合校園要求的LED路燈，和現在的高

11、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進行模擬仿真，從整體到局部進行熱分析，最后分析結果說明所設計的路燈散熱效果良好。2. 國家“十城萬盞”LED半導體照明工程實施進展情況“十城萬盞”半導體照明應用工程,是一項由科技部提出的計劃,應用工程的總體目標是：到2010年,在1021個城市推廣40萬盞以上半導體市政照明 燈具 ,實現年節電6000萬千瓦時,累計節電1億千瓦時以上,半導體市政照明燈具產業規模達到80億元,帶動半導體照明相關產業產值超過1000億元。對于工程試點城市,國家將在政策和資金上予以支持。2009年注定是中國LED年,4月份國家科技部推出十城

12、萬盞計劃。7月24日,國家發改委與聯合國開發計劃署(UNDP)、全球環境基金(GEF)合作的中國逐步淘汰白熾燈、加快推廣節能燈項目簽字儀式在北京舉行。聯合國秘書長潘基文、國家發改委副主任解振華、中國常駐聯合國代表張業遂、財政部副部長李勇、聯合國開發計劃署(UNDP)中國首席代表馬和勵出席了簽字儀式。這標志著中國綠色照明國際合作進入新的階段。      其實,國家財政部早在2008年,開始實行的高效照明產品推廣財政補貼資金管理暫行辦法已把LED半導體照明產品列入補貼范圍,隨之相應配套的稅費等政策相繼出臺。這是對一個產業空前的支持。由2008年北京

13、奧運LED的應用持續發燒,加上2010年上海世界博覽會、廣州亞洲運動會和2011年深圳世界大學運動會即將陸續登場,所帶動的大型LED廣告牌、建筑景觀照明等應用商機,也是2012年LED產業值得關注的熱點。       政府的支持,國家節能減排政策的帶動將是持續發展的動力。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路燈示范計劃的實施,以及LED路燈照明地方規范相繼制定,預計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。    &#

14、160; 關于如何開展十城萬盞LED試點示范城市工作,科技部高新司對口業務處室原提出的實施方案初步設想是：通過以LED在市政照明的應用示范工程為載體,選擇10個城市推廣應用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。根據LED產品的技術效能、應用的節能效果以及所獲得的經濟、社會效益,采取后補助的方式,進行補貼,但目前依然沒有下達文件。       2009年5月初,中國科技部批準21個城市開展半導體照明應用工程試點工。全國21個試點城市為天津市、上海市、重慶市、石家莊市、保定市、大連市、哈

15、爾濱市、揚州市、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。  一些有基礎的城市在很短的時間內就編制了推廣計劃,如天津市計劃推廣50萬盞,揚州市計劃5萬盞,保定市計劃3.8萬盞,成都市計劃1.5萬盞,僅這四個城市計劃的LED照明燈具就高達63萬盞。21個城市按1萬盞計算,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盞計算,就需資金10.5億元人民幣。       實際需求遠遠

16、超過這個數字,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。甚至有人大膽預言;到2013年以后中國的LED產值將達到1000億美元以上,咱們暫且不論數字的多少,只是這個產業,只要是能夠突破核心技術高端芯片研發瓶頸,我們的節能減排及建設綠色城市的目標是能夠實現的。        LED是半導體照明的簡稱。它是以半導體芯片為材料的固態光源,依靠電子空穴復合發光,將電能轉換成光能的效率高達80%以上。在奧運場館建中LED技術作為自主創新的代表被廣泛使用。   

17、;   據了解LED的耗能僅為白熾燈的10%,熒光燈的30%;它采用固體封裝,使用壽命可達5萬小時,是白熾燈的100倍熒光燈的10倍,它無需使用玻璃真空封裝,不產生毒副作用和汞污染。       中國是世界第二大發電大國。2007年發電總量為32559億千瓦時,年照明用電高達3900億千瓦時,相當于英國一年的用電總量。      上世紀90年代以來,節能燈的主要生產國都在本國大力普及使用,而我國產的節能燈卻主要用于出口,國內的普及率不高

18、。有數據顯示,2003年中國節能燈的產量為10億只,占世界銷售市場份額的70%,國內只銷售了3.5億只。       據專家介紹,2007年以來,北美、澳大利亞均立法禁止使用白熾燈。2007年春季歐盟首腦會議達成協議,要求歐盟各國逐步淘汰白熾燈。        記者在北京中數程通科技發展有限公司采訪時了解到,浙江是全球最大的節能燈生產基地,產量約占全球生產量的50%,95%出口外銷,節能燈生產大國很遺憾的卻是應用小國。LED作為比節能燈更先進的新

19、光源,目前其產品基本上銷往國外。       據了解,在中國LED產業已初步形成了較為完整的產業鏈。LED產業在經歷了買器件、買芯片、買外延片之路后,目前已初步實現了自主生產芯片和外延片的生產加工能力。現階段,從事該產業的人數高達50余萬多人,研究機構20多家,企業4000多家。2006年,我國LED產業總產值達到105.5億元,其中封裝產業產值達87.5億元。中國何時告別愛迪生時代，隨著LED國家標準的出臺和國家的大力支持與推廣應用,告別愛迪生時代已是指日可待,到那時人們將用上清潔環保、無光污染、無輻射和毒副作用的優質新光

20、源。3. 光的照明基礎知識3.1 光度學基礎知識3.1.1 光的基本概念和理論 從物理學上說，光是一種電磁輻射。在整個電磁輻射波譜中，光波只占據很小的一部分（見圖3-1）。光波的波長區間在380納米與780納米（nm，1nm=10-9m）之間。人眼所能看見的光稱為可見光。 圖3-1 電磁波譜在可見光中，波長最短的是紫光，稍長的是藍光，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。波長比可見光長的光學輻射稱為紅外輻射。波長范圍在780nm1nm的紅外輻射通常被細分為：近紅外 IR-A，=7801400nm；中紅外 IR-B，=1.43m; 遠紅外 IR-C，=3m1mm。波長比可見

21、光短的光學輻射稱為紫外輻射。波長范圍在100400nm的紫外輻射通常被細分為:近紫外 UV-A，=315400nm；中紫外 UV-B，=280315nm; 遠紫外 UV-C，=100m280nm。LED也分為可見光LED（=450780nm）和不可見光LED（=8501550nm）兩種。其中，不可見光LED又分紅外線LED（=850950nm）和光通信LED/LD（=13001550nm）。半導體LED之所以能發出不同的光色，是因為他們的光色各異。例如使用AIInGaP材料制得的LED波長可為590nm、611nm、625nm,所以可以發出黃光、橙光和紅光。3.1.2 光的傳播特性當光線在同一

22、種介質中傳播時，總是沿直線方向進行。當媒質發生改變時，光線或被反射，或被透射，或被吸收。同時還有光的色散、干涉、衍射和偏振現象。（1）光的反射當光線遇到不透明的物體表面時，大部分光背反射，小部分被吸收。光線在鏡面和擴散面上的反射有以下幾種類型。規則反射在光滑界面上所產生的光的反射稱為規則反射，又稱鏡面反射，如圖3-2所示。光的入射光線、反射光線和過入射點的界面發線都位于同一個平面上，并且入射角等于反射角，反射光線和入射光線分別位于發線的兩側，這就是光的反射定律。散反射 當光線從某方向入射到經散射處理的鋁板、經涂刷處理的金屬板或毛面白漆涂層時，反射光向各個不同的方向散開，但其總方向是一致的，如圖

23、3-3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。漫反射光線從某方向入射到粗糙表面或涂有無光澤鍍層的表層時，光線被分散在許多方向，在宏觀上不存在規則反射，這種光的反射稱為漫反射。當反射遵守朗伯（Lamber）余弦定律時，即任意方向的光強I與該反射面的法線方向的光強I0所成的角度的余弦成比例（I=I0cos），而與光的入射方向無光，從反射面的各個方向看去，光的亮度均相同，這種光的反射稱為各向同性漫反射，如圖3-4所示。 圖3-2 規則反射 圖3-3 散反射 圖3-4 各向同性漫反射混合反射光線從某方向入射到瓷釉或帶高度光澤的漆層上時，規則反射和漫反射皆存在，這種現象稱為混合反射

24、。在定向反射方向上的放光強度比其他方向上的要大得多，而且有最大亮度。其他方向上也有一定數量的反射光，而其亮度分布實不均勻的。（2）光的折射、全反射與透射折射光從第一種介質進入第二種介質時，若傾斜入射，這在入射面上有反射光，而進入第二種介質時有折射光，如圖3-5所示。全反射當光線從高折射率的媒介（光密物質）射向敵折射率的媒質（光疏物質）時，入射角小于折射角。當入射角未達到90°時，折射角已達90°。繼續增大入射角，則光線全部返回到光密物質內，不再有折射光，這種現象稱為全反射。光不再從光密物質進入光疏物質是的入射角稱為臨界入射角（A）。透射光入射到透明或半透明的材料表面時，一部

25、分被反射，一部分被吸收，大部分的光可以透射過去。（3）光的吸收材料對光的吸收式光能轉換為能量的其他形式時引起的。當一定波長的平行光束穿過均勻媒質時，光強的損失隨距離（x）和波長有關的線吸收率（）呈指數式衰減即i(x)=i0exp-x ,其中i0為光束的初始光強。有些材料在可見范圍內對不同波長的光有不同的吸收率，當光線通過這些材料時，其光譜分布會有所改變，因此這種材料科用來制造濾色片。3.1.3 光的基本度量（1）光通量光源在單位時間內發出的光量稱為光源的光通量，以表示，單位為流明(lm)。它是根據對標準觀察者的作用導出的光度量。對于明視覺，若輻射體的光譜輻射通量為e（），其光通量的表達式為：

26、= Km 0de（）dV（）dt （3-1）式中：de（）/d為輻射通量的光譜分布；V（）為光譜光（視）效率；Km為輻射的光譜光（視）效能的最大值（lm·W-1），在單色輻射時，明視覺條件下的Km值為6831·W-1（當m=555nm時）；為光通量（lm，1lm=1cd·1sr）。（2）放光強度I光源在給定方向的單位立體角中發射的光通量定義為光源在該方向上的光強度（簡稱光強），以I表示。若在某微小立體角d內的微小光通量為d（，），則該方向上的光強為I=dd（3-2）單位為坎德拉（cd），1cd=1lm·1sr-1。坎德拉是國際單位制和我國法定單位制的基本

27、單位之一，其他光度量單位都是由坎德拉導出的。1979年10月，第16屆國際計量大會通過的坎德拉重新定義為：一個光源發出頻率為540×1012Hz的單色輻射（對應于空氣中的波長為555M的單色輻射），若在一定方向上的輻射強度為1/683W·sr-1，則光源在改方向上的發光強度為1cd。（3）光照度E在被照物體表面上，單位面積內所接受的光通量稱為光照度（簡稱照度）。光照度是表征表面被照明程度的量，以E表示，單位為勒克斯（lx），1lx=1lm·m-2。如微小面積dS上受到的光通量為d，則E為E=ddS （3-3）照度的單位除了lx外，在北美地區還使用英尺燭光（fc），

28、1fc=10.76lx。在工程上還曾經用過輻透（ph）、豪輻透（mph）等。各種照度單位的換算關系列于表1-1中，拱參考。表1-1各種照度單位換算表單位名稱勒克斯1lx=1lm·m-2輻透1ph=1lm·cm-2英尺燭光1fc=1lm·ft-2勒克斯1lx=1lm·m-210.000 10.092 9輻透1ph=1lm·cm-210 0001929英尺燭光1fc=1lm·ft-210.760.001 0761lx的照度是比較小的，在此照度下只能大致地辨認周圍物體。通常，滿月夜晚的地面照度約為0.2lx，白天采光良好的室內照度為1005

29、00lx，晴朗的室外太陽非直射下的地面照度為103104lx，而中午太陽直射下的地面照度可達105lx。在照明質量的量化標準中，一般推薦辦公室的平均水平照度為5001000lx；在商業照明中，推薦的垂直照度平均值為300500lx。（4）光的射度M對于有一定表面積的發光體，在不同位置上的發光程度可能不同，因此需要用光出射度來表征。光出射度是指單位面積發出的光通量，以M表示，單位為lm·m-2。若在發光體表面上任取的微小單元面積是dA，發出的光通量為d，M則為：M=ddA （3-4）光出射度主要針對面光源而言。這里所說的面光源還包含不發光的表面受到光照后形成的二次發光面，其出射度為：

30、發射發光 M=E 透射發光 M=E式中：為被照面的反射系數（反射比），為被照面的透射系數（透射比），E為被照射的二次發光面的照度。照度和光出射度有類似的定義和相同的量綱，其區別在于照度表示受照面所接收到的光通量密度，而光出射度表示發光面所發出的光通量的表面密度。（5）亮度L光源在某一方向的光亮度（簡稱亮度）L（，）是光源在該方向上的單位投影面在單位立體角中發射的光通量。如在微小的面積dA和微小的立體角d 內的光通量 d（，），則亮度為： L=d2（，）d · dA · cos （3-5） 式中，d2（，）為通過給定點的輻射束元傳輸的并包含給定方向立體角d 內傳播的光通量；d

31、A為包括給定點的輻射束截面積；為輻射束截面積與輻射束方向的夾角。該量的符號為L，單位為坎德拉每平方米（cd·m-2=lm·m-2·sr-1）。（6）發光效率（光效）發光效率（光效）是指一個光源所發出的光通量與光源消耗的電功率P1之比。由于光源的電功率并不全部變成可見光，其中有相當一部分變成其他形式的能量。故 光效為： = P1 =Km380780eV()dP1 （3-6）式中：的單位是lm·W-1，即每瓦電力所發出的光的量，其數值越高表示光源的效率越高。在選擇光源時，效率是一個重要的考慮因素。目前商用白光LED的光效尚未達到熒光燈的水平，但早已超過白熾燈

32、和鹵鎢燈。3.2 色度學基礎知識各種光源發出的光，由于光譜功率分布的差異與世間萬物光譜反射率或透射率的不同，在日光下的3下呈現出五彩繽紛的各種不同的顏色。3.2.1 顏色（1）顏色的特性無彩色和彩色顏色可以分為無彩色和彩色。無彩色是指白色、黑色和各種深淺不同的灰色，把他們排列成一個系列即成為黑白系列，如圖3-5所示。純白是反射比等于1的理想的完全反射體，而純黑e等于0的無反射的物體，它們在自然界中并不存在。接近純白的有氧化鎂，接近純黑的有黑絨。黑白系列代表物體反射比的變化，在視覺上的表現為明度的變化。由于白色、黑色及灰色物體對光譜各波段光的反射是沒有選擇性的，故被稱為中性色。圖3-5 黑白系列

33、彩色在知覺意義上是指有色調的知覺色，也就是黑白系列以外的各種顏色。彩色有3個特性，即色調、明度和彩度。色調：亦稱色相，表示不同波長的可見光在視覺上的屬性，如紅、黃、藍等。光源的色調決定于輻射光譜組成對人眼所產生的感覺，而物體的色調決定于物體對光源的光譜輻射有選擇的反射或透射對人眼所產生的感覺。明度：在同樣的照度條件下、依據表現為白色或高透射比的表面的視亮度來判斷某一表面的的視亮度。彩度：在同樣的照明條件下，一個區域根據表現為白色或高透射比的區域的視亮度比例來判斷的顏色的豐富程度。彩度也稱為飽和度，表示彩色光在整個色覺（包括無彩色）中的純潔度。可見光譜中的各種單色光是純潔的，是最飽和的色彩，通常

34、稱為光譜色。無彩色的黑白系列只有明度的區別，而沒有色調和彩度的特性。例如，越接近白色，明度越高；越接近黑色，明度越低。因此，對于黑白系列，只有根據明度的差別來辨認物體；而對于彩色，可以從明度、色調和彩度上來辨認物體，從而大大提高人們識別物體的能力。顏色混合定律引起顏色刺激的不一定是單色光，而往往是復合光，既是各種波長輻射的總和。人們的視覺器官降不同波長的光線綜合成一種顏色的感覺。這種綜合過程符合格拉斯曼顏色混合定律。該顏色定律的主要內容如下：a.人的視覺只能分辨顏色的2種變化，即明度、彩度和色調的變化。b.在由兩種成分組成的混合色中，如果一個成分連續變化，則混合色的外貌也隨之連續變化。由此導出

35、下述兩條定理。補色律：每一種顏色都有一個相應的補色。如果某一顏色與其補色以適當的比例混合，則可產生白色和灰色；如果兩種按其他的比例混合，則產生近似比重大的顏色成分的非飽和色。中間色律：任何兩種非補色混合時產生中間色，其色調取決于兩種顏色的相當數量，其飽和度取決于兩者在色調順序上的遠近。c.顏色外貌相同的光，不管它們的光譜組成是否相同，在顏色混合中具有相同的效果。也就是說，凡是在視覺上相同的顏色都是等效的。由此導出顏色的替代律：相近顏色混合后仍相似。根據顏色替代定律，可以利用顏色混合方法萊產生或代替各種所需要的顏色。d.由各種顏色的光組成的混合光總亮度等于組成混合光的各種顏色光的亮度的總和，這一

36、定律稱為亮度相加定律。上述顏色混合定律適合于各種顏色光的相加混合，而不適合于染料或涂料的混合。因為各種顏色光的混合（或稱加色法混合）是由于不同顏色的光引起眼睛的同時興奮；而染料或涂料的混合稱為減色法混合，這種混合所得到的顏色是由于不同波長的光在所混合的染料或涂料微粒中被逐漸吸收而產生的。圖3-6 顏色環圖3-6顏色環顏色及其混合規律可以用顏色環示意。例如，把顏色飽和度最高的光譜色加上紫紅色，然后依照波長順序就可圍成一個圓環，稱之為顏色環，如圖3-6所示。白色位于圓環中心。當兩種顏色混合時，混合色在圓環中的位置取決于兩種顏色成分的比例，并且靠近比重大的那種顏色。凡是兩種顏色混合時產生白色和灰色的

37、，那么這兩種顏色稱為互補色，。關于顏色環中心對稱的顏色都是互補色。例如，黃和藍是一對互補色，紅和綠是一對互補色，等等。因此，當一對互補色按各種比例混合后，所產生的顏色就位于連續互補色的直線上，呈白色或各種非飽和色。顏色換上任何兩個非互補色相混合后，可以得到兩色中間的混合色，并位于兩色相連的直線上，其色調取決于兩顏色的比例。（2）表色系統人們用兩種系統來表示光源和物體的不同顏色。孟塞爾（Munsell）系統孟塞爾系統是A.H.孟塞爾根據顏色的視覺特點制定的顏色分類和標定系統。它用一個類似球體的模型，把各種表面色的3種基本特性：色調H、明度V、彩度（飽和度）C全部表示出來。立體模型中的每一部位都代

38、表一種特定的顏色，并都有一個標號。 CIE表色系統與用分光儀器將白色光散成許多單色光相反，人們也試圖用幾種單色光相混合以得到所要求的顏色光，并獲得成功。混色實驗發現，所有顏色的光都可以由某3種單色光按一定的比例混合而成。這3種單色光中的任何一種都不能由其余兩種混合產生。這3種單色光稱為三原色。1931年CIE規定的RGB系統的三原色光波長分別為R=700.0nm，G=546.1nm和B=435.8nm的紅光（R）、綠光（G）和藍光（B）。但采用RGB系統時發現，在某些情況下，有些涼出現負值，給計算帶來很大不便。所以，1931年CIE又規定了一個新的系統，既是CIE XYZ系統。3.2.2 與顏

39、色有關的照明參量（1）色溫與相關色溫色溫是光源顏色的一種表色方法。當光源所發出的光的顏色與黑體在某一溫度下的顏色相同時，這一黑體的溫度稱為光源的顏色溫度Tc，簡稱色溫（CT），用熱力學溫度表色，單位為K（開爾文）。不同溫度黑體的光色變化在色度圖上形成一個弧形軌跡，被稱為黑體軌跡。熱輻射光源（如白熾燈、鹵鎢燈等）的顏色變化基本上與黑體軌跡相符。對于一其他形式發光的光源，其發光不一定落在黑體軌跡上。在此情況下，只能用相關色溫來表示。若光源發出的光與黑體在某一溫度下的顏色最接近，則黑體此時的溫度稱為該光源的相關色溫。通常，色溫高的光源的顏色偏藍，色溫低的光源的顏色偏紅。光色偏藍的稱為冷（或冷光），光

40、源的顏色偏紅的稱之為暖色，介于冷色和暖色之間的光色稱之為中間色。（2）顯色性照明光源除了用色溫表示其自身的顏色（即色表）外，還用顯色性作為另一個常用的評價指標。顯色性是指光源的光照射到物體上所產生的客觀效果和對物體真實色彩的顯現程度。顯色性高的光源對顏色的表現較好，所看到的顏色就接近自然原色；顯色性低的光源對顏色的表現較差，所看到的顏色偏差也較大。可見光的波長在380780nm的范圍內，也就是我們在光譜中看到的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫的范圍。如果光源發出的光中所含的各色光的比例和自然光相近，則人眼所看到的顏色也就較為逼真。顯色性好的光源（如白熾燈），其光譜分布能覆蓋大部分見光的區域。再好的裝

41、潢、擺設、藝術品和衣物等，有時也會因所選擇的光源不當而失色。一般人工照明光源用顯色指數Ra作為顯色性的評價指標。Ra值的范圍為0100Ra值越高，光源的顯色性就越好。一般認為Ra=80100，光源的顯色性優良；Ra=5079，光源的顯色性一般；Ra<50，光源的顯色性較差。對于顏色辨別要求高的場合，如攝影棚、體育館和印刷行業，需要使用高顯色指數的光源，如白熾燈、鹵鎢燈等、它們的顯色指數Ra都達到85以上。4. LED在各個領域中的應用4.1 LED汽車照明（1）汽車照明的發展歷程汽車照明的光源經歷了極大的發展。20世紀60年代鹵鎢燈的發明給光源的光效和壽命帶來了一場革命，這種燈光效在20

42、25lm/W,壽命在200300h。20世界70年代，鹵鎢燈大規模代替了白熾燈用于汽車照明，至今任然占據汽車前照燈的統治地位。之后再20世紀90年代，氙燈逐漸走入了人們的視野，其光效達到90lm/W，啟動速度更短，壽命也比鹵鎢燈長許多，達3000h，其近似電光源的特性也使燈具設計更容易，光利用效率更高。20世紀60年代后，LED這種新型光源的出現時人們對汽車照明系統的發展看到了新的曙光。鑒于LED壽命長、啟動時間短、環保及工作電壓低的特點，現在LED用于汽車上最普遍的要數車內儀表板、操作開關、閱讀燈、示寬燈、牌照燈、等低照度燈飾。對于車外照明知道1985年LED信號燈才被用于客車上。1986年

43、Nissan 300ZX型車上的高位剎車燈（CHMSL）運用了72個5mm的LED，這標志著LED逐步進入了汽車照明工業的核心。1998年白光LED的發明，人們看到將LED用于汽車前照燈的可能性。多年內，以LED為前照燈的概念層出不窮，知道2008年第一款以LED作為近/遠光燈的凱迪拉克Escalade Platinum 量產車的出現才宣布LED作為主流前照燈光源的開始。目前有雷克薩斯LS600hL、08款奧迪R8等多款車主打LED為前照燈。但是只限于這些高檔豪華車型，LED前照燈走向中低端車型需要很長一段時間。2006年，國際上汽車用LED的產值到到6.3億美元，占總體LED用量的15%。在

44、200年之前，LED最大的應用亮點是手機，其在全球所占的份額達52%。2005年之后，手機趨于飽和，取而代之的是汽車、交通燈、景觀照明和一般照明。汽車產業在全球經濟中仍然是一支產業。目前我國的汽車年產能達800多萬輛，已超過德國，產量位居世界第三。規模如此之大的汽車產業，拉動了汽車燈具的發展，同時為LED在汽車上的應用提供了廣闊的市場空間。按目前LED的技術水平，一輛汽車需要300多個LED，其需求量非常之大。未來幾年我國車燈將會有較大的發展，形成超過10億元的年產值。（2）汽車車燈分類一架具有標準照明系統的汽車車身內外的燈具大大小小有十余種，若按用途來分，可分為照明燈和信號燈兩類。照明燈猶如

45、汽車的“眼睛”，在黑暗中照明汽車行駛方向上的道路，延伸和拓寬駕駛員的視野。信號燈如同汽車的“嘴巴”，車輛可通過燈光信號同其他車輛進行“語言”交流，向其他汽車司機明示本車的存在及其行使的狀態，以使汽車在道路上能夠安全快捷行駛。照明燈又分為車外照明燈和車內照明燈。車外照明燈包括遠/近光燈、前霧燈和車牌燈等；車內照明燈主要是儀表和閱讀燈等。信號燈也分車外信號和車內信號燈。車外信號燈是只側/后轉指示燈、（高位）剎車燈、后霧燈、示寬燈、倒車燈等。車內信號燈泛指儀表板指示燈，主要有轉向、機油壓力。充電。關門提示及音響、空調等指示燈。在這些車燈中，屬于強制性檢驗的有車外照明燈和車外信號燈，因為它們是行車安全

46、的關鍵部件。（3）LED在汽車照明的優勢所在增進安全：LED信號燈啟動比白熾燈光源更迅速。對于時速為62mile（1mile=1609.344m）的車來說，LED的反應時間可以縮短200ms，相當于減少19ft（1ft=0.3048m）的停車距離。另外LED燈工作在比較安全的低電壓，相對其他競爭光源是個優點。服務壽命超過汽車壽命：可以說LED車燈無需更換，駕駛者不必擔心剎車燈失靈；并且LED的工作壽命隨著技術的突破和進展將不斷增強。耐久：LED器件的光生產機構使它抗振動和沖擊，使其成為汽車和卡車尾燈、橋燈和航行器燈的理想光源；而熱燈絲白熾燈遭受振動和沖擊時發光易失效。節省空間：因為LED燈具可

47、以做的薄一些，或可減少燈具的深度，這對于信號功能燈而言是個直接優點，而對于近光燈和遠光燈是個間接優點。無污染和低能耗：LED不包含水銀，而且能耗低。一般做近光燈用的白熾燈能耗超過150W，而用三個標準1W LED代替，即使包括控制單元用點在內，每一個LED燈僅消耗45W，或每輛車僅消耗10W。日光色：對于VW車型該優點立刻能體現，與鹵鎢燈或氙燈相比，白光LED的光束更接近日光，這對駕駛員是非常舒服的，尤其對遠光燈更是如此。如果用LED作位置燈或DRL燈（日間行駛燈）并與氙燈組件組合在一起，則比鹵鎢燈和單獨氙燈更好。提高能見度:用LED燈作光源可以是汽車在彎路和十字路口獲得理想照明。用LED作高

48、速公路燈光增進了司機在高速公路上的能見度，可照到車前30m遠。光控：LED汽車前大燈能集中所有光直接朝向車前的路面而不使迎面駛來的司機感到晃眼。這是因為LED的燈光可以通過聚焦透鏡進行控制，讓它射向所需要的方向。智能光功能：可實現像動態轉角燈那樣的智能光功能。因為LED是半導體，它可以快速調光或者快速開關。一般LED燈是用3035個芯片的多芯片陣列，沒個芯片可以尋址，由開或關的不同組合可以產生不同光分配，在20102012年內將可以實現這方面的應用。4.2 LED道理隧道照明 （1）道路照明的現狀道路照明時隨著人們生活水平不斷提高而發展的。只有當人們有在夜晚出行的需求，才出現了道路照明。同時，

49、人們對于道路照明的要求也隨著時代的發展而不斷提高，從而要求照亮路面幫助人們察覺道路情況，到幫助人們識別道路上的障礙物還是行人，再到幫助駕駛員辨認行人的特征。由于道路照明的特征情況，即需長時間工作、懸掛高度高、不宜頻繁更換等，一般目前所使用的光源都具有光效較高、壽命較長的特點，例如高壓鈉燈、金鹵燈、無極燈等。在目前技術較為成熟的光源中，高壓鈉燈的光效最高，一般可達到100120lm/W，使用高壓鈉燈作為道路照明的光源，能耗較低。而無極燈，由于其依靠電磁感應而發光，對于懸掛高度較高、不宜頻繁更換的道路照明燈具而言，其壽命毫無疑問是其最大的優勢。當然，高壓鈉燈和無極燈應用于道路照明也都有其各自的缺陷

50、。高壓鈉燈在所有的光源中，較差的顯色性使其作為道路照明的一大硬傷。使用高壓鈉燈作為道路照明，僅僅能幫助駕駛員察覺道路情況，或者辨識道路障礙物，要想幫助其迅速分辨行人特征有較大的困難。而無極燈的技術尚不成熟，其光效以及配光仍然是制約其作為道路照明主流光源的一大阻礙。目前道路燈具中普遍采用的HID光源是高壓鈉燈或金屬鹵化物燈，這兩種混光源的最大特點是，發光的電弧管尺寸小，由尺寸很小的電弧管產生很大的光輸出，并且具有很高的光效，前者包括配套電器，可達1101lm/W，后者包括配套電器可達801lm/W。但這類光源應用在道路燈具中時，只有40%左右的光是直接透過玻璃罩到達路面的，其他的光是通過燈具反射

51、器再投射出燈具的。目前普遍采用此類光源的傳統燈具基本上都存在兩個不足，一是燈具直接照射的方向上照度很高，在次干道上可達50lx以上，這一區域屬于明顯的過度照明，而兩個燈具的光照度交叉處的照度僅為燈下照度的20%40%。二是此類燈具的反射器的效率一般僅為50%60%，所以有60%左右的光輸出在燈具內，是在損失了30%40%后再投射到路面上的。此類燈具的總體效率一般都在70%左右，并且上述的過度照明也屬于浪費。綜合分析上述的傳統的道路燈具，其綜合的有效照明效率（扣除過度照明部分）僅為50%。也因為上述原因，目前我國次干道的照明效果（路面照度和照度的均與度）基本都達不到CJJ45-2006和CIE3

52、1以及CIE115標準的要求。而隨著LED技術的日趨成熟，目前市場上已經量產的1W大功率白光LED光源的光效已經達到了100lm/W。在實驗室的研究水平，最高光效達到了160lm/W。而且LED的定向發光特性使其容易實現較為理想的的配光，并提高燈具效率和燈具利用系數。在道路照明上LED逐漸顯露出吸引力和競爭力。據2006年國家路燈行業統計，我國城市道路照明共有1500萬只以上的路燈，近幾年的增長率在20%以上。照此估算，全國每年照明路燈的市場規模不低于50億元，如使用LED路燈，每年可節電20億度以上。目前中國整個道路照明市場高壓鈉燈占據了60%以上的份額，而在一些社區道路及鄉村道路等場所的照

53、明光源主要為節能燈（CFL），約占20%，而汞燈和白熾燈燈光源正逐漸被淘汰。隨著LED技術的發展和成熟，LED路燈的應用將會越來越廣。中國內地在“十城萬盞”等政策帶動下，將深圳、重慶、成都、天津、綿陽、鄭州等21個大中型城市列為核準城市。推動LED閘門應用示范工程。此外，各國和地區政府也積極推動LED路燈，例如美國洛杉磯也計劃5年內設置14萬盞LED路燈，中國臺灣地區表示三年內更換128萬盞LED路燈，在政策支持下，今年全球LED路燈需求增至250萬盞，年增長率高達178%。（2）LED在道路照明應用中的優勢光效高、能耗低在道路照明上，高壓鈉燈因為其光效可達到120lm/W而占主導地位，但隨著

54、LED光效的不斷提高，高壓鈉燈的壟斷地位岌岌可危，及其在次干道燈需要150W LED路燈一下的應用場合，LED已經體現出了明顯的節能優勢。LED照明產品崛起的重要原因之一，就是LED的光效已經超過大部分傳統光源，并且絕對有可能在不久的將來明顯高于所有的傳統光源。LED的光效理論計算可以達到270290lm/W或更高，這是傳統光源無法比擬的。2007年2月，美國Lumileds宣布，研制出色溫為4685K的白光LED光效可達115lm/W。2008年7月，德國的OSRAM宣布，將大功率白光LED在350mA驅動電流條件下的光效刷新到了136lm/W（光通量為155lm）。到了2009年初，Cre

55、e，OSRAM相繼宣布了在實驗室水平大功率白光LED的光效達到160lm/W。雖然針對LED的測試標準尚未正式出臺，對如此高的光效還有爭議，但毫無疑問，LED的光效已經遠遠超過白熾燈，也逐步逼近直管熒光燈、緊湊型熒光燈及高壓鈉燈等傳統光源。傳統的高壓鈉燈等傳統路燈使用的光源一般向整個空間發光，但道路照明需要照亮的只有行車里面和行人路面，因此燈具光學設計要盡可能的時光均勻并集中地投射到路面上。因而在設計照明燈具時，通常要用曲面反射器來收集光線，使之向所需要的方向照射。采用LED光源，由于具有良好的方向性，基本為單面發光，所以在采用二次光學透鏡時，燈具出光效率可達85%左右，如果采用一次光學透鏡，

56、其燈具出光效率更可高達90%以上。另外，由于LED驅動技術的日益成熟，其調光技術可以進一步降低LED路燈的功耗，而且LED的調光技術不會對LED壽命和光效造成影響。作為占總照明用電量約為15%20%的道路照明而言，如果能夠大規模推行LED路燈，毫無疑問可以很大程度降低道路照明的用電，從而緩解目前全球的能源危機。瞬時啟動氣體放電光源從啟動至光輻射穩定輸出，一般要幾十秒至幾十分的時間，這是由于氣體放電光源本身的特性決定的。而白熾燈是熱輻射光源，給人的感覺就是一點就亮，但實際上白熾燈啟動后也有約零點幾秒的上升時間。而LED的響應時間只有幾十納秒，另外氣體放電光源在關閉后需要等待一段時間，光源冷卻后方

57、可重新啟動。而LED具有瞬時啟動的特點，通電即可正常穩定工作，同時也不存在再次啟動的等待時間。壽命長壽命長段將直接影響整個道理照明的維護成本。一般高壓鈉燈的壽命在20000h左右，即便OSRAM生產的VIOLOX NAV高壓鈉燈其最高壽命也只能達到32000h。一般我們所使用的道路照明的高壓鈉燈，壽命僅為5000h。相比直線，LED在保證一定工作電流和散熱條件下，一般壽命可以達到5000070000h，其壽命上的優勢是任何傳統光源無法相比的。而且高壓鈉燈平均壽命指一批受試燈泡點燃至50%數量損壞時的時間，而LED的平均壽命被定義為一批受試樣品點燃至50%數量的光衰大于70%的時間。顯色性好使用

58、鈉燈作為照明主要光源的主要原因是因為其光效較高，但是高壓鈉燈的致命缺點就是顯色性，一般其顯色指數僅為20左右，在光源中屬于最低的。其較差的顯色性只能幫助道路照明使用者察覺道路情況，并不能幫助他們清晰辨別。而LED對顏色的呈現更真實更能夠反映物體本身的顏色。便于調光控制LED燈具可實現0100%連續調光，可根據環境光照及交通狀況靈活調整光輸出，在保證照明質量的同時降低不必要的功耗。采用傳統鈉燈及金鹵燈的路燈，一般只能實現小范圍的調光控制，應用中不可避免地受到其最低工作電壓的局限性。結構牢固LED是用環氧樹脂、硅樹脂燈封裝的半導體發光的固體光源，其結構不包含玻璃、燈絲等易損壞的部件，是一種實心的全固體結構，因此能夠經得住震動、沖擊而不致引起損壞，特別適合在道路、隧道和汽車照明中應用。總成本目前LED燈具的成本相比傳統光源較高，但是其高光效、長壽命等特點顯著減少了其燈具的