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[摘 要]LED作为一种新型光源和新型的技术照明，具有传统照明灯中远远无法比拟的优势，随着LED灯管的迅速发展，LED已经成为21世纪照明领域的一种趋势、成为市场照明领域的主流，LED日光灯管的高发光效率、高电源效率、超长寿命、无污染等优势在照明应用中得到消费者的接受和认可。节能环保正是全球都在提倡的也一直有提高人们的绿色环保意识，LED的节能环保得到国家的重视和大力支持，广泛应用于各大照明领域，其中以在汽车行业的生产车间应用作为全新的发展领域、节能减排效果尤为突出。
[关键词]LED 显色指数 涂装车间 眩光 贴片
中图分类号：TM923.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0197-02
一、传统日光灯介绍
1、日光灯结构
普通日光灯管是一根玻璃管，内壁涂有一层荧光粉（钨酸镁、钨酸钙、硅酸锌等），不同的荧光粉可发出不同颜色的光。灯管内充有稀薄的惰性气体（如氩气）和水银蒸汽，灯管两端有由钨制成的灯丝，灯丝涂有受热后易于发射电子的氧化物。如图1所示：
2、普通日光灯发光原理
当灯丝有电流通过时，灯管内灯丝发射电子，管内温度升高，水银蒸发。这时，若在灯管的两端加上足够的电压，就会使管内氩气电离，灯管由氩气放电过渡到水银蒸气放电。放电时发出不可见的紫外光线照射在管壁内的荧光粉上，使灯管发出各种颜色的可见光线。
二、LED日光灯特征
1、LED灯的定义
LED即半导体发光二极管，LED灯是一种新型的用微弱的电能就能发光的高效固体冷光源。光色柔和、艳丽、丰富多彩、低能耗，绿色环保，适用于家庭，商场，银行，医院等各种公共场所长时间照明。
2、LED的发光原理
LED的发光由发光二极管主导，与其它二极管一样，发光二极管中电流可以轻易地从p极（阳极）流向n极（负极），而相反方向则不能，具有两种不同的载流子：空穴和电子在不同的电极电压作用下从电极流向pn结。当空穴和电子相遇而产生复合，电子会跌落到较低的能阶，同时以光子的方式释放出能量。它所发出的光的波长，及其颜色，是由组成pn结的半导体物料的禁带能量所决定。发光二极管所用的材料都是直接禁带型的，这些禁带能量对应着近红外线、可见光、或近紫外线波段的光能量（图2，3）。
三、LED日光灯在汽车生产车间应用的优势
一直以来，汽车生产车间对照明的要求都很高，对发光效率、色温、显示指数等参数要求严格，任何参数的缺陷都能导致品质的下降，影响销量。多年来，普通日光灯凭借其产品的适用性，一直占据着这片领域，但随着LED日光灯的崛起，其更胜普通荧光灯的新型技术性能，逐渐占有一席之地，且有取而代之的趋势，其应用优势表现在几个方面：
1、发光效率高
荧光灯的发光效率大约是55-80lm/W（Philips公司T8荧光灯的发光效率为72lm/W），而LED的发光效率在100lm/W以上，据检测最近发光效率已经到130流明/W，且还会不断提升。二者之差现已将近一倍，以后有可能达到3倍以上。
2、灯具效率高
灯具的效率主要是指有效光效，因为荧光灯是360度发光，在反方向发出的光就没有什么用处，所以荧光灯通常采用白色的灯罩，把相当一部分的反向光反射回来，一般荧光灯的灯具效率大约只有70%。而LED日光灯管则是120度发光，全部光都是有效光，且发光角度可根据需要加以调整。Philips的T8荧光灯的发光效率为72lm/W，36W的荧光灯一共发出2592流明，但灯具效率只有70%，所以有效的流明数为1814.4流明，而LED的发光效率已经超过130lm/W，按100lm/W，那么只要18W就可以达到1800流明。
3、电源效率高
灯具除白炽灯外都需要专门的电源供电，电源效率影响整个灯具的效率。以36W/T8荧光灯为例，额定输出功率为36W，由于接入了电感镇流器，实测输入功率为42.4W，即铁芯电感损耗6.4W，效率降低为85%，大多数国产的铁芯电感功耗在10W以上，功率因素低于0.512。LED的电源效率高达90%，一个18瓦的LED日光灯管就可取代一个36瓦的荧光灯。
4、寿命更长
一个仔细设计的LED日光灯管寿命可达5万小时。而一个荧光灯的寿命通常只有5，000小时，二者相差将近10倍。最好的长寿命日光灯也只有10，000小时，也还相差5倍。
5、环保绿色，无污染
荧光灯都含有汞，36mm荧光灯中含有25-45mg的汞，26mm（T8）中含有20mg的汞，且都是采用易碎的玻璃作为外壳，一旦破碎，汞马上蒸发到空气中，瞬间可使周围空气中的汞浓度达到10-20毫克/立方米，超过国家规定的1000-2000倍。汞蒸气量达到20毫克，会直接导致动物死亡。而LED日光灯中不含任何有毒物质，是一种完全绿色环保无污染光源。
6、色温范围广
色温，表示照明光线颜色，黑体辐射温度，以开尔文表示（K）。低色温：色温在3300K以下，光色偏红给人以温暖的感觉；中色温：色温在3000--6000K为中间，人在此色调下无特别明显的视觉心理效，有爽快的感觉；高色温：色温超过6000K，光色偏蓝，给人以清冷的感觉。
普通荧光灯汽车生产车间适用的色温范围在4000-6200K，需根据工位进行调整，而LED日光灯几乎可以提供任意色温，且还可提供红绿蓝以至任何一种颜色的灯光，因此LED日光灯能根据生产工位对色温的不同要求，采用指定的色温。
7、显色指数高
显示指数：光源对物体的显色能力，是通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯或画光）下物体外观颜色的比较。白炽灯的显色指数为97，但色温较低，不适合在生产车间使用，荧光灯为70-85，而LED日光灯则可以>80，完全满足汽车生产车间的使用要求。 四、LED日光灯在汽车生产车间应用的案例
近几年，随着国内汽车市场的良好发展前景，各汽车厂家对照明逐渐倾向于绿色环保能源，LED日光灯照明灯具凭借其上述新型环保绿色能源、新型光源技术的优势，在自主品牌新车间得到了应用，使用效果相当不错，对普通荧光灯照明带来了质的冲击，下面以国内某汽车自主品牌涂装生产车间对LED日光灯的应用做案例，突显其应用的优势：
1、车间传统日光灯照明参数
新车间设计，各工位室体照明采用普通飞利浦36W、58W日光灯作为光源，考虑涂装车间的环境特殊性，灯箱采用电感镇流器、启辉器作为辅助照明装置（表1）。
可见，车间工位、室体所采用照明分36W和58W，在设计高照度要求的区域，如喷漆室、点补室等作业环境要求较高的场所，采用58W的日光灯，其他工位区域，则是36W日光灯。
2、LED日光灯照明参数选型
根据普通日光灯设计参数，考虑发光效率，选择飞利浦的T8荧光灯，根据前面计算，LED只要18W就可替代36W普通荧光灯，36W替代58W，在保证光通量的情况下，显示指数和色温都能满足设计要求（表2）：
根据色温范围可调，在更适合员工工作环境的亮度范围内，选择色温5900K，显色指数84的LED日光灯作为车间工位室体的照明光源，较原设计的照明参数，效果有了质的提高。
3、LED日光灯组件特性
3.1、LED贴片
贴片是LED的核心元件，目前市场上使用的贴片种类繁多，项目在方案初期，选用当前使用率较广、性能较稳定在行业拥有权威品质的台湾晶元的集成贴片，即3528和3014芯片（表3）。
3528及3014芯片单颗功率都能提供0.1W/颗的要求，但3014封装尺寸更紧凑，散热效果更好，能更好地解决贴片的发热问题，在很大程度上减少了光衰。18WLED日光灯管采用3014贴片，共采用176颗进行每支灯管的封装，24WLED日光灯管也是采用3014单颗0.1W的贴片，共计240颗进行每支灯管的封装。
3.2、LED驱动电源：
LED驱动电源的质量是LED日光灯的另一关键，质量上乘的LED驱动电源，可以充分发挥LED芯片的光电性能，并可对LED芯片的温度、短路、开路及使用环境等情况做出及时的反应，确保用灯安全。通过对国内各驱动电源厂家的了解，选择深圳一家专业生产LED驱动电源供应商—莱福德品牌，其采用了专业级的隔离变压器和国际进口的光耦合器，避免了高压电信号串入低压输出级，极大提高了灯具的电气安全。
3.3、LED防眩光处理
眩光是指视野中由于不适宜亮度分布，或在空间或时间上存在极端的亮度对比，以致引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉现象，是引起视觉疲劳的重要原因之一。项目主要采用以下几个方面对眩光进行处理：采用乳白色PC罩，将LED单珠灯光扩散开，形成灯管灯光较佳的均匀性；灯管散热铝材结构做调整，将LED灯条下沉，离PC罩较远，依光学发光特性，可以取得较佳的灯光均匀性；在灯管两斜边内面同时加反光贴纸，增加均匀性的同时提高了光通量。
五、经济效益分析
案例中的汽车生产车间LED日光灯照明项目从2013年10月开始投入使用至今，运行稳定，完全满足车间工位室体的照度、光通量等参数要求，达到预期效果。项目投入210万元，较原普通日光灯投入预算高出约110万元，LED日光灯比普通日光灯的节能达到60%以上，18W：4850支，24W：2006支，按照车间生产的实际情况，每年约节省能效49万元，两年时间即可将投入成本回收，且LED日光灯使用寿命达到6年，光能效就可节约294万元，经济效益相当可观。
六、结论
随着LED照明技术的不断发展，LED日光灯作为一种全新环保能源，凭借其高发光效率等优势，将更大范围走进生活中，LED日光灯的成本随LED技术的不断提高而降低，节能灯、普通荧光灯及白炽灯必然会被LED灯所取代，而且目前国家越来越重视照明节能及环保问题，在大力推行使用LED灯，特别是在日益蓬勃发展的工业中，汽车生产车间的成功应用，将打开LED日光灯进入各汽车生产车间的通道，为汽车行业创造更大的价值。
[关键词]LED 显色指数 涂装车间 眩光 贴片
中图分类号：TM923.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0197-02
一、传统日光灯介绍
1、日光灯结构
普通日光灯管是一根玻璃管，内壁涂有一层荧光粉（钨酸镁、钨酸钙、硅酸锌等），不同的荧光粉可发出不同颜色的光。灯管内充有稀薄的惰性气体（如氩气）和水银蒸汽，灯管两端有由钨制成的灯丝，灯丝涂有受热后易于发射电子的氧化物。如图1所示：
2、普通日光灯发光原理
当灯丝有电流通过时，灯管内灯丝发射电子，管内温度升高，水银蒸发。这时，若在灯管的两端加上足够的电压，就会使管内氩气电离，灯管由氩气放电过渡到水银蒸气放电。放电时发出不可见的紫外光线照射在管壁内的荧光粉上，使灯管发出各种颜色的可见光线。
二、LED日光灯特征
1、LED灯的定义
LED即半导体发光二极管，LED灯是一种新型的用微弱的电能就能发光的高效固体冷光源。光色柔和、艳丽、丰富多彩、低能耗，绿色环保，适用于家庭，商场，银行，医院等各种公共场所长时间照明。
2、LED的发光原理
LED的发光由发光二极管主导，与其它二极管一样，发光二极管中电流可以轻易地从p极（阳极）流向n极（负极），而相反方向则不能，具有两种不同的载流子：空穴和电子在不同的电极电压作用下从电极流向pn结。当空穴和电子相遇而产生复合，电子会跌落到较低的能阶，同时以光子的方式释放出能量。它所发出的光的波长，及其颜色，是由组成pn结的半导体物料的禁带能量所决定。发光二极管所用的材料都是直接禁带型的，这些禁带能量对应着近红外线、可见光、或近紫外线波段的光能量（图2，3）。
三、LED日光灯在汽车生产车间应用的优势
一直以来，汽车生产车间对照明的要求都很高，对发光效率、色温、显示指数等参数要求严格，任何参数的缺陷都能导致品质的下降，影响销量。多年来，普通日光灯凭借其产品的适用性，一直占据着这片领域，但随着LED日光灯的崛起，其更胜普通荧光灯的新型技术性能，逐渐占有一席之地，且有取而代之的趋势，其应用优势表现在几个方面：
1、发光效率高
荧光灯的发光效率大约是55-80lm/W（Philips公司T8荧光灯的发光效率为72lm/W），而LED的发光效率在100lm/W以上，据检测最近发光效率已经到130流明/W，且还会不断提升。二者之差现已将近一倍，以后有可能达到3倍以上。
2、灯具效率高
灯具的效率主要是指有效光效，因为荧光灯是360度发光，在反方向发出的光就没有什么用处，所以荧光灯通常采用白色的灯罩，把相当一部分的反向光反射回来，一般荧光灯的灯具效率大约只有70%。而LED日光灯管则是120度发光，全部光都是有效光，且发光角度可根据需要加以调整。Philips的T8荧光灯的发光效率为72lm/W，36W的荧光灯一共发出2592流明，但灯具效率只有70%，所以有效的流明数为1814.4流明，而LED的发光效率已经超过130lm/W，按100lm/W，那么只要18W就可以达到1800流明。
3、电源效率高
灯具除白炽灯外都需要专门的电源供电，电源效率影响整个灯具的效率。以36W/T8荧光灯为例，额定输出功率为36W，由于接入了电感镇流器，实测输入功率为42.4W，即铁芯电感损耗6.4W，效率降低为85%，大多数国产的铁芯电感功耗在10W以上，功率因素低于0.512。LED的电源效率高达90%，一个18瓦的LED日光灯管就可取代一个36瓦的荧光灯。
4、寿命更长
一个仔细设计的LED日光灯管寿命可达5万小时。而一个荧光灯的寿命通常只有5，000小时，二者相差将近10倍。最好的长寿命日光灯也只有10，000小时，也还相差5倍。
5、环保绿色，无污染
荧光灯都含有汞，36mm荧光灯中含有25-45mg的汞，26mm（T8）中含有20mg的汞，且都是采用易碎的玻璃作为外壳，一旦破碎，汞马上蒸发到空气中，瞬间可使周围空气中的汞浓度达到10-20毫克/立方米，超过国家规定的1000-2000倍。汞蒸气量达到20毫克，会直接导致动物死亡。而LED日光灯中不含任何有毒物质，是一种完全绿色环保无污染光源。
6、色温范围广
色温，表示照明光线颜色，黑体辐射温度，以开尔文表示（K）。低色温：色温在3300K以下，光色偏红给人以温暖的感觉；中色温：色温在3000--6000K为中间，人在此色调下无特别明显的视觉心理效，有爽快的感觉；高色温：色温超过6000K，光色偏蓝，给人以清冷的感觉。
普通荧光灯汽车生产车间适用的色温范围在4000-6200K，需根据工位进行调整，而LED日光灯几乎可以提供任意色温，且还可提供红绿蓝以至任何一种颜色的灯光，因此LED日光灯能根据生产工位对色温的不同要求，采用指定的色温。
7、显色指数高
显示指数：光源对物体的显色能力，是通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯或画光）下物体外观颜色的比较。白炽灯的显色指数为97，但色温较低，不适合在生产车间使用，荧光灯为70-85，而LED日光灯则可以>80，完全满足汽车生产车间的使用要求。 四、LED日光灯在汽车生产车间应用的案例
近几年，随着国内汽车市场的良好发展前景，各汽车厂家对照明逐渐倾向于绿色环保能源，LED日光灯照明灯具凭借其上述新型环保绿色能源、新型光源技术的优势，在自主品牌新车间得到了应用，使用效果相当不错，对普通荧光灯照明带来了质的冲击，下面以国内某汽车自主品牌涂装生产车间对LED日光灯的应用做案例，突显其应用的优势：
1、车间传统日光灯照明参数
新车间设计，各工位室体照明采用普通飞利浦36W、58W日光灯作为光源，考虑涂装车间的环境特殊性，灯箱采用电感镇流器、启辉器作为辅助照明装置（表1）。
可见，车间工位、室体所采用照明分36W和58W，在设计高照度要求的区域，如喷漆室、点补室等作业环境要求较高的场所，采用58W的日光灯，其他工位区域，则是36W日光灯。
2、LED日光灯照明参数选型
根据普通日光灯设计参数，考虑发光效率，选择飞利浦的T8荧光灯，根据前面计算，LED只要18W就可替代36W普通荧光灯，36W替代58W，在保证光通量的情况下，显示指数和色温都能满足设计要求（表2）：
根据色温范围可调，在更适合员工工作环境的亮度范围内，选择色温5900K，显色指数84的LED日光灯作为车间工位室体的照明光源，较原设计的照明参数，效果有了质的提高。
3、LED日光灯组件特性
3.1、LED贴片
贴片是LED的核心元件，目前市场上使用的贴片种类繁多，项目在方案初期，选用当前使用率较广、性能较稳定在行业拥有权威品质的台湾晶元的集成贴片，即3528和3014芯片（表3）。
3528及3014芯片单颗功率都能提供0.1W/颗的要求，但3014封装尺寸更紧凑，散热效果更好，能更好地解决贴片的发热问题，在很大程度上减少了光衰。18WLED日光灯管采用3014贴片，共采用176颗进行每支灯管的封装，24WLED日光灯管也是采用3014单颗0.1W的贴片，共计240颗进行每支灯管的封装。
3.2、LED驱动电源：
LED驱动电源的质量是LED日光灯的另一关键，质量上乘的LED驱动电源，可以充分发挥LED芯片的光电性能，并可对LED芯片的温度、短路、开路及使用环境等情况做出及时的反应，确保用灯安全。通过对国内各驱动电源厂家的了解，选择深圳一家专业生产LED驱动电源供应商—莱福德品牌，其采用了专业级的隔离变压器和国际进口的光耦合器，避免了高压电信号串入低压输出级，极大提高了灯具的电气安全。
3.3、LED防眩光处理
眩光是指视野中由于不适宜亮度分布，或在空间或时间上存在极端的亮度对比，以致引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉现象，是引起视觉疲劳的重要原因之一。项目主要采用以下几个方面对眩光进行处理：采用乳白色PC罩，将LED单珠灯光扩散开，形成灯管灯光较佳的均匀性；灯管散热铝材结构做调整，将LED灯条下沉，离PC罩较远，依光学发光特性，可以取得较佳的灯光均匀性；在灯管两斜边内面同时加反光贴纸，增加均匀性的同时提高了光通量。
五、经济效益分析
案例中的汽车生产车间LED日光灯照明项目从2013年10月开始投入使用至今，运行稳定，完全满足车间工位室体的照度、光通量等参数要求，达到预期效果。项目投入210万元，较原普通日光灯投入预算高出约110万元，LED日光灯比普通日光灯的节能达到60%以上，18W：4850支，24W：2006支，按照车间生产的实际情况，每年约节省能效49万元，两年时间即可将投入成本回收，且LED日光灯使用寿命达到6年，光能效就可节约294万元，经济效益相当可观。
六、结论
随着LED照明技术的不断发展，LED日光灯作为一种全新环保能源，凭借其高发光效率等优势，将更大范围走进生活中，LED日光灯的成本随LED技术的不断提高而降低，节能灯、普通荧光灯及白炽灯必然会被LED灯所取代，而且目前国家越来越重视照明节能及环保问题，在大力推行使用LED灯，特别是在日益蓬勃发展的工业中，汽车生产车间的成功应用，将打开LED日光灯进入各汽车生产车间的通道，为汽车行业创造更大的价值。