由于我國LED 產業發展的不均衡以及部分相關工程人員LED 專業知識的欠缺，致使盲目使用LED 照明顆粒以及LED 照明系統設計的不合理現象的出現。從LED 照明顆粒原理及特點入手，結合工程實踐經驗討論了LED 照明系統設計流程及注意事項，給出了解決相應問題的建議。

　　一、LED 照明顆粒原理及特點

　　LED 即發光二極管，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED 的核心結構是一個半導體的晶片，晶片的一端附在支架上，一端為負極，另一端連接電源的正極，并將整個晶片用環氧樹脂( 膠) 封裝起來。

?

　　圖3 LED 結構示意圖

　　LED 結構如圖3 所示，基本結構包括： 環氧樹脂、晶片、金線、銀膠及支架。環氧樹脂的作用是保護LED 的內部結構，添加不同材料或塑造形狀可改變LED 發光二極管的發光顏色、亮度及角度。晶片是LED 的主要組成材料，半導體晶片由兩部分組成： 一部分是P 型半導體，在它里面空穴占主導地位; 另一部分是N 型半導體，在此處主要是電子。

　　當這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P - N 結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P 區，在P 區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，而光的波長也就是光的顏色是由形成“P - N 結”的材料決定的。LED 中金線用于連接晶片焊墊( PAD) 與支架，并使其能夠導通; 銀膠起到固定晶片和導電作用; 支架是由支架素材經過電鍍而形成。

　　LED 相對于白熾燈、熒光燈等傳統光源的優勢不僅體現在發光質量方面，在其生產、制造及易用性方面都大大得到改善。相對于老一代發光設備，LED 的特點主要體現在以下幾個方面：

　　1) LED 為環氧樹脂包裹結構，同時元器件封裝體積一般較小，無需考慮將燈管內部空氣抽取再注入惰性氣體，因此在抗振動、抗沖擊性方面具有良好的性能，為生產、運輸及安裝等各個環節提供便利。

　　2) LED 的光線能量集中度高，指向性好，集中在較小的波長窗口內，純度高，亮度衰減比傳統光源低很多。

　　3) LED 器件屬于固體冷光源，由于環氧樹脂封裝使得燈體內部沒有易于松動的結構，不存在燈絲發光易燒毀、熱沉積等缺點，普遍使用壽命在5 萬～ 10 萬h 之間，即使頻繁開關也不會影響到使用壽命。

　　4) LED 在生產過程中不添加“汞”，廢棄物可回收，光譜中沒有紫外線和紅外線，熱量低并且無頻閃、無輻射，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。

　　5) LED 響應時間非常快，在微秒級別。

　　6) LED 使用低壓直流電源即可驅動，超低功耗( 單管功率為0. 03 ～ 1 W) ，對使用環境要求較低。

　　7) LED 可利用紅、綠及藍三基色原理，在計算機技術控制下使三種顏色具有256 級灰度并任意混合，即可產生16 777 216 種顏色，形成不同光色的組合，實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。

　　二、LED 照明系統設計流程及注意事項

　　LED 照明系統設計的基本流程以及注意事項有以下幾點。

　　( 1) 結合應用環境確認照明需求

　　由于現存的大部分照明燈飾基本都屬于傳統光源的范疇，如果全部將其丟棄而搭建全新的LED 照明系統將會是極大的浪費，因此客觀地分析現存燈飾的光學結構，結合LED 的照明特點以及實際應用成本考慮是否替換或改進。

　　部分傳統光源采用經燈罩內部反射后再投射到路面的光學照明結構，這種結構源于傳統光源屬于全指向性光源，這樣在其燈罩內部會造成不同程度的光學效率軟降低，使用指向性較好的LED 光源就可以避免此類問題的發生。將反射體設計、光學透鏡設計、高可靠的LED 電源設計及野外防雷電感應等關鍵環節納入到照明需求論證方案中進行論證。

　　( 2) 分析系統指標得出設計目標

　　在確認照明需求的前提下，計算總體光照需求以及配套設備( 燈桿、燈頭以及太陽能光伏系統等) 的功耗，根據分析所得的環境參數選擇驅動、控制器件等級、殼體材料硬度以及柔韌度等參數。

　　由于我國已成為繼美國之后的世界第二大電力消費大國，對于用電緊張的地區需要考慮是否引入太陽能光伏供電系統，對于太陽能板的安裝角度問題可以采用通過多類型傳感器融合數字信號跟蹤算法、利用緯度大致估計傾斜度等方法，如下表所示。

　　表1 太陽能板安裝傾斜度緯度對照表

?