LED照明中眩光问题的研究与改进
目 录
目 录 I
1 引言 1
1.1 LED照明应用的背景 1
1.2 LED照明国内外现状 3
1.3 课题研究的主要内容和意义 5
2 LED照明中眩光问题的研究 5
2.1 眩光问题 5
2.2 眩光产生的原因 5
2.3 眩光的危害 6
2.4 定量评价眩光的方法 6
3 目前LED照明中眩光问题的改进方案 8
3.1 新型材料的使用 8
3.2 佩戴滤光眼镜 9
3.3 灯具的设计——反光杯+透镜的模式 9
3.4 低眩光对称式LED路灯光学设计 11
3.5 间接的眩光防治 13
4 LED照明中眩光问题的改进方案 14
4.1 方案设计 14
4.2 方案的理论依据 14
4.3 方案的技术论证 15
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
1 引言
能源匮乏、温室效应以及生态环境日趋恶化的现实情况，敦促全世界各个国家都必须节约资源，保护环境。LED光源作为最新一代照明产品具有响应速度快、发光效率高、使用寿命长、节约能源、安全环保等特点，在国家LED政策的大力扶持下，LED行业的发展获得了重大的机遇，各大企业纷纷投入巨资进行研究，LED照明产业成为近年来全球最具发展潜力的高新科技领域之一。然而LED照明在实际应用中，仍然存在各种各样的问题，如眩光问题、电源问题以及价格问题等，影响LED光源普及使用，特别是眩光效应，本课题的主要目的就是去寻找解决眩光问题 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
的有效办法，从而使得LED照明在日常生活工作中更加地被广泛的应用。
1.1 LED照明应用的背景
1.1.1 能源危机
世界经济的快速发展，离不开能源的支撑。然而原有的化石能源正逐渐消耗殆尽，而新兴可再生能源利用却没能大跨步发展。被誉为工业的血液——石油，目前在世界上仍占主导地位，占全球能源消费的32.9%；天然气在一次能源中占比23.7%；对于全球能源消费煤炭占30.1%，是1970以来的最高水平；核能发电占全球能源消费的4.4%；水力发电量占全球能源消费的6.7%；可再生能源占比2.2%。如图4[1-2]所示：
图4：各部分能源占全球能源消费的水平
到2013年底为止，世界石油探明储量为1.6879万亿桶，只能满足人类53.3年的全球生产需要。天然气已经探明储量为185.7万亿立方米，可以保证55.1年的生产需要；全球煤炭探明储量为8915亿吨，可以保证全球113年的生产需要；其他可再生能源所占比重仍是比较低。我们可以预知到，半个世纪以后，能源危机将真正降临我们生活，给社会经济发展和人类生活水平造成不可预知的后果。因而为了延缓灾难真正的来临，有足够的时间发展新兴能源，我们在日常的生活中，就要做好节约能源的工作。作为现在的主流光源“节能灯”，虽然节能，但不经济省钱。使用寿命短，容易损坏是其最大的硬伤。而新兴的LED照明灯，它具有节约能源、色彩丰富的社会效益；安全环保、使用寿命长、响应速度快、发光效率高等的经济效能。因而用新兴的光源灯去取代旧有的光源灯，是有需要也是必须要这样做的。
1.1.2 气候变暖
最新研究表明，南极大陆的永冻冰雪正在融化，预计几年内，海平面将上涨3—5cm.。气候变暖的同时，也带来了众多的极端天气。在2015年5月，中国东南地方下了一场拇指般大小的冰雹，毁坏了众多的庄稼树木。气候因何变暖，研究可知，因化石燃料燃烧太多，从而形成温室效应，气候越来越暖。
1.1.3 政策环境
在LED应用的发展前景下，许多国家为了LED产业的快速发展，纷纷制定了各项发展产业政策。中国大陆、中国台湾、美国、欧盟、日本、韩国等国家和地区近年来制定并实施了各自的半导体照明计划，力争抢占这一技术的制高点。以下为世界主要国家地区的LED产业政策[3]。
2003年3月，中国“十五”科技攻关计划“半导体照明产业化技术开发”重大项目正式立项；2008年，财政部、发改委联合发布了《高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法》；2011年11月4日，工业和信息化部印发了《“十二五”产业技术创新规划》，LED重点涉及技术开发；2011年11月4日上午，国家发展改革委、商务部、海关总署、国家工商总局、国家质检总局联合印发了《关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告》；日前，住房和城乡建设部发布了《“十二五”城市绿色照明规划纲要》。还有一些推动LED产业发展的地方性法规、规范性文件。
其他国家的LED产业政策包括：日本的“21世纪照明计划”、美国的“下一代照明计划”、欧盟的“彩虹计划”和“用于信息通讯技术与照明设备的高亮度有机发光二极管”项目以及韩国的“氮化镓半导体开发计划”等等。
从各国的政策上，我们可以发现LED照明将是未来世界的潮流，LED照明应用势不可挡。
1.2 LED照明国内外现状
在能源危机、经济快速发展条件下,发光二极管照明因其众多优点被人们接受。LED以其节能环保、高效长寿的显著特点，有别于传统光源，更广泛的应用在各个领域。
1.1.1 国外LED照明现状
从整个世界角度来观察，LED照明产业现已形成以欧盟、美国和亚洲为主导的产业分布与竞争格局。当前，美国、日本、欧洲拥有最先进的技术，最前沿的产品，主要从事高附加值的LED产品生产。同时，为了进一步的占领市场，美、日、欧各主要生产厂商也在加快生产。
我国大陆和台湾地区LED产业迅速崛起，现已经成为封装产量占据世界第一，产值位居世界第二。当主要集中在低端领域，而台湾地区在芯片研发和制造上的优势正逐步显现。下表[4]为各地区主要发展方向。
区域 发展方向
欧美地区 通用照明为主，强调产品的高可靠性和高亮度
日本 技术最为全面，兼顾通用照明、汽车、手机和电视
韩国和台湾 笔记本电脑显示屏背光、LED-TV背光和手机背光为主，出货量大、单价低、毛利低
中国大陆 黄绿光为主，主攻户外显示屏、广告屏、信号灯领域
1.1.2 国内LED照明现状
我国的照明产业经历了从钨丝灯照明、日光灯照明、节能灯照明到如今逐步进入LED照明，目前已经成为全球最大的照明电器消费与出口国。LED照明产品逐步进入市场应用，如图2所示。估计在本年度中，LED照明将在总市场份额占比30%以上，LED照明将逐步取代传统光源，成为照明产业中新宠儿。
表1：各种房间的UGR限值
2.4.2 UGR理论
UGR 是经过计算所有产生眩光的因素，所得的值用来表征这个房间内的不舒适眩光程度，而不仅仅是用来评价单个光源的不舒适眩光程度。评价眩光指数有很多种，UGR只是其中最流行的, 别的评价方法还有BGI、CGI等等。UGR 是一种将世界上其他国家评价眩光方法通过归纳，从而获得更为可靠的评价指标。计算UGR 值公式如以下（1）式。下图4为计算UGR值的情景模拟图。UGR 值与不舒适眩光程度的关系如下表2所列。
目 录 I
1 引言 1
1.1 LED照明应用的背景 1
1.2 LED照明国内外现状 3
1.3 课题研究的主要内容和意义 5
2 LED照明中眩光问题的研究 5
2.1 眩光问题 5
2.2 眩光产生的原因 5
2.3 眩光的危害 6
2.4 定量评价眩光的方法 6
3 目前LED照明中眩光问题的改进方案 8
3.1 新型材料的使用 8
3.2 佩戴滤光眼镜 9
3.3 灯具的设计——反光杯+透镜的模式 9
3.4 低眩光对称式LED路灯光学设计 11
3.5 间接的眩光防治 13
4 LED照明中眩光问题的改进方案 14
4.1 方案设计 14
4.2 方案的理论依据 14
4.3 方案的技术论证 15
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
1 引言
能源匮乏、温室效应以及生态环境日趋恶化的现实情况，敦促全世界各个国家都必须节约资源，保护环境。LED光源作为最新一代照明产品具有响应速度快、发光效率高、使用寿命长、节约能源、安全环保等特点，在国家LED政策的大力扶持下，LED行业的发展获得了重大的机遇，各大企业纷纷投入巨资进行研究，LED照明产业成为近年来全球最具发展潜力的高新科技领域之一。然而LED照明在实际应用中，仍然存在各种各样的问题，如眩光问题、电源问题以及价格问题等，影响LED光源普及使用，特别是眩光效应，本课题的主要目的就是去寻找解决眩光问题 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
的有效办法，从而使得LED照明在日常生活工作中更加地被广泛的应用。
1.1 LED照明应用的背景
1.1.1 能源危机
世界经济的快速发展，离不开能源的支撑。然而原有的化石能源正逐渐消耗殆尽，而新兴可再生能源利用却没能大跨步发展。被誉为工业的血液——石油，目前在世界上仍占主导地位，占全球能源消费的32.9%；天然气在一次能源中占比23.7%；对于全球能源消费煤炭占30.1%，是1970以来的最高水平；核能发电占全球能源消费的4.4%；水力发电量占全球能源消费的6.7%；可再生能源占比2.2%。如图4[1-2]所示：
图4：各部分能源占全球能源消费的水平
到2013年底为止，世界石油探明储量为1.6879万亿桶，只能满足人类53.3年的全球生产需要。天然气已经探明储量为185.7万亿立方米，可以保证55.1年的生产需要；全球煤炭探明储量为8915亿吨，可以保证全球113年的生产需要；其他可再生能源所占比重仍是比较低。我们可以预知到，半个世纪以后，能源危机将真正降临我们生活，给社会经济发展和人类生活水平造成不可预知的后果。因而为了延缓灾难真正的来临，有足够的时间发展新兴能源，我们在日常的生活中，就要做好节约能源的工作。作为现在的主流光源“节能灯”，虽然节能，但不经济省钱。使用寿命短，容易损坏是其最大的硬伤。而新兴的LED照明灯，它具有节约能源、色彩丰富的社会效益；安全环保、使用寿命长、响应速度快、发光效率高等的经济效能。因而用新兴的光源灯去取代旧有的光源灯，是有需要也是必须要这样做的。
1.1.2 气候变暖
最新研究表明，南极大陆的永冻冰雪正在融化，预计几年内，海平面将上涨3—5cm.。气候变暖的同时，也带来了众多的极端天气。在2015年5月，中国东南地方下了一场拇指般大小的冰雹，毁坏了众多的庄稼树木。气候因何变暖，研究可知，因化石燃料燃烧太多，从而形成温室效应，气候越来越暖。
1.1.3 政策环境
在LED应用的发展前景下，许多国家为了LED产业的快速发展，纷纷制定了各项发展产业政策。中国大陆、中国台湾、美国、欧盟、日本、韩国等国家和地区近年来制定并实施了各自的半导体照明计划，力争抢占这一技术的制高点。以下为世界主要国家地区的LED产业政策[3]。
2003年3月，中国“十五”科技攻关计划“半导体照明产业化技术开发”重大项目正式立项；2008年，财政部、发改委联合发布了《高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法》；2011年11月4日，工业和信息化部印发了《“十二五”产业技术创新规划》，LED重点涉及技术开发；2011年11月4日上午，国家发展改革委、商务部、海关总署、国家工商总局、国家质检总局联合印发了《关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告》；日前，住房和城乡建设部发布了《“十二五”城市绿色照明规划纲要》。还有一些推动LED产业发展的地方性法规、规范性文件。
其他国家的LED产业政策包括：日本的“21世纪照明计划”、美国的“下一代照明计划”、欧盟的“彩虹计划”和“用于信息通讯技术与照明设备的高亮度有机发光二极管”项目以及韩国的“氮化镓半导体开发计划”等等。
从各国的政策上，我们可以发现LED照明将是未来世界的潮流，LED照明应用势不可挡。
1.2 LED照明国内外现状
在能源危机、经济快速发展条件下,发光二极管照明因其众多优点被人们接受。LED以其节能环保、高效长寿的显著特点，有别于传统光源，更广泛的应用在各个领域。
1.1.1 国外LED照明现状
从整个世界角度来观察，LED照明产业现已形成以欧盟、美国和亚洲为主导的产业分布与竞争格局。当前，美国、日本、欧洲拥有最先进的技术，最前沿的产品，主要从事高附加值的LED产品生产。同时，为了进一步的占领市场，美、日、欧各主要生产厂商也在加快生产。
我国大陆和台湾地区LED产业迅速崛起，现已经成为封装产量占据世界第一，产值位居世界第二。当主要集中在低端领域，而台湾地区在芯片研发和制造上的优势正逐步显现。下表[4]为各地区主要发展方向。
区域 发展方向
欧美地区 通用照明为主，强调产品的高可靠性和高亮度
日本 技术最为全面，兼顾通用照明、汽车、手机和电视
韩国和台湾 笔记本电脑显示屏背光、LED-TV背光和手机背光为主，出货量大、单价低、毛利低
中国大陆 黄绿光为主，主攻户外显示屏、广告屏、信号灯领域
1.1.2 国内LED照明现状
我国的照明产业经历了从钨丝灯照明、日光灯照明、节能灯照明到如今逐步进入LED照明，目前已经成为全球最大的照明电器消费与出口国。LED照明产品逐步进入市场应用，如图2所示。估计在本年度中，LED照明将在总市场份额占比30%以上，LED照明将逐步取代传统光源，成为照明产业中新宠儿。
表1：各种房间的UGR限值
2.4.2 UGR理论
UGR 是经过计算所有产生眩光的因素，所得的值用来表征这个房间内的不舒适眩光程度，而不仅仅是用来评价单个光源的不舒适眩光程度。评价眩光指数有很多种，UGR只是其中最流行的, 别的评价方法还有BGI、CGI等等。UGR 是一种将世界上其他国家评价眩光方法通过归纳，从而获得更为可靠的评价指标。计算UGR 值公式如以下（1）式。下图4为计算UGR值的情景模拟图。UGR 值与不舒适眩光程度的关系如下表2所列。
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