LED光源在船舶照明上的應用

董　蕾

(海軍駐溫州地區 軍事代表室， 浙江 舟山 316000)

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LED光源在船舶照明上的應用

董蕾

(海軍駐溫州地區 軍事代表室， 浙江 舟山 316000)

摘要通過LED照明與船舶現有傳統照明作對比分析，闡述了船舶LED燈具的顯著特點及應用優勢，對LED需解決的技術問題提出了相應的改進措施，LED照明替代傳統照明將成為未來船舶照明發展的必然趨勢。

關鍵詞LED船舶照明應用

1船舶應用LED的必要性

LED是發光二極管的英文(Light Emitting Diode)縮寫，其基本結構為一塊電致發光的半導體材料。隨著技術的不斷成熟和發展，LED的應用范圍逐漸擴大，廣泛應用于LED照明、建筑景觀、廣告顯示屏、手機、電腦顯示屏等。LED環保、省電節能，再加上發光效率高及壽命長的優勢，LED光源在通用照明的應用領域取代傳統光源的可行性大為提升。

從通用照明市場分析，LED 光源替代白熾燈和熒光燈的趨勢已從局部應用領域向縱深發展。傳統光源的生產廠家紛紛轉型LED或者關停，傳統光源逐漸退出市場，但LED應用于船舶領域相對較少，如果船舶燈具不盡快切換為LED光源，到時勢必會出現無燈可用的局面。因此在新型艦艇上使用綠色環保、節能、美觀、體積更小、重量更輕、壽命更長、科學配光、高可靠性的新型LED照明燈具已成為當前和未來的發展趨勢。

2LED作為船舶照明燈具的優勢

傳統的船舶照明燈具，艙室內燈具一般使用白熾燈、鹵鎢燈、熒光燈作為光源，艙室外燈具一般使用鹵鎢燈、汞燈和高壓鈉燈作為光源。白熾燈、熒光燈、鹵鎢燈是采用電子光場輻射發光，燈絲發光易燒，容易熱沉積、光衰減，發光效率較低。白熾燈光效約為15 lm/W，壽命800 h左右；鹵鎢燈光效約20 lm/W，壽命為1 500 h左右；熒光燈80 lm/W，壽命為8 000 h左右；鈉燈約100 lm/W，光效雖高，壽命也可達到2×104h，但鈉燈的顯色指數極低。傳統光源的廢棄物易碎并存在汞污染的問題；傳統光源的抗震性能較差，在振動的場所容易損壞，須經常更換燈泡。傳統燈具的上述缺點，或多或少地影響到了船舶的照明環境。

LED燈具的長壽命、光效高、工作可靠、抗振性能好、無噪聲、無頻閃等特性，適用做于船舶上各類照明燈具和信號燈具的光源，LED燈具應用于船舶能夠很好解決產品維護的問題。作為船舶照明燈具，相比傳統的照明光源，LED具有以下相對明顯的特征：

(1) 抗振性能好。

船舶長時間在海上航行易受風浪擺動以及發動機運行所產生的震動，或船舶作戰時產生的劇烈沖擊震動的影響，因此對船舶設備的抗振性能要求較高。傳統光源基本包含有燈絲或玻璃內膽，容易損壞。而LED是被完全地封裝在環氧樹脂內，具備非常好的抗振性能，它比燈泡和熒光燈管都堅固。

(2) 壽命長、工作可靠。

白熾燈是發光鎢絲受電能加熱而發光，隨著加熱時間的延長，鎢絲逐漸老化甚至燒斷。日光燈是由兩端的鎢絲產生瞬間高壓激活熒光粉而發光，其鎢絲也容易老化和燒斷。

二極管特殊的組成結構采用發光二極管的發光機理，其主要由電極、PN結晶片光學系統組成，靠電子的持續移動而發光，無老化和燒斷的問題，發光壽命長達6×104h～12×104h。

(3) 無噪音，無頻閃，無紅外線、紫外線、熱輻射。

傳統的熒光燈和高壓鈉燈一般使用電感鎮流器，電感鎮流器在“渦流”的作用下易與結構件一起產生共振，發出噪音，如果安裝在休息間和工作室，會影響船員的休息和工作。而LED燈具不會產生噪音，適用于休息間，尤其適合于駕駛室、報房、監控臺等注意力需要高度集中的工作場所。

傳統的照明燈具一般采用交流電，會產生一定頻率的頻閃，影響人體視覺舒適性。而LED燈具是將交流電轉換為直流電，消除了頻閃現象。

高壓鈉燈、熒光燈有紫外輻射，白熾燈、鹵鎢燈有明顯的紅外線和熱輻射。而LED無紅外線、紫外線、熱輻射。

(4) 光效高，光學配光方便。

目前市面上的LED光源的光效已經可以達到80 lm/W～120 lm/W，而最先進的LED光源實驗已經突破200 lm/W，相信不久的將來可以應用到市場上。LED是單方向少于150°發光的點光源，最便于進行光學設計。

(5) 節能環保。

以一艘2 000 t的船舶為例，如果使用傳統光源需要1.5×104W以上的功率，改用LED只需要2 000 W左右的功率就可以達到同樣的照明效果，這樣可以減少船舶發動機的裝機容量，可以顯著降低船舶航行成本，達到節能的目的。另外，LED光源未使用傳統光源的汞或其他重金屬，環保無污染。

3LED作為船舶照明光源需要解決的技術問題

LED光源雖優點明顯，但不能直接用于照明，它必須要和驅動器、光學部件、結構外殼等組成燈具才能完成照明任務。

船舶設備長期處于電壓波動范圍大、電磁干擾、振動、沖擊、鹽霧、高溫高濕、油霧和霉菌的環境中，對船用照明設備工作的可靠性和維修性等提出了更高要求。船舶的使用環境遠高于一般的通用照明環境，因此船舶用LED燈具有別于通用照明產品，不能簡單地將通用照明市場的產品直接用于船舶上，應需針對船舶的使用環境開發船舶專用的LED照明燈具。開發船舶用LED照明燈具需要解決以下技術問題：

(1) 通過光學設計解決光線眩目的問題。

LED屬于點光源，如果直接照射到眼睛上，會感到眩目，讓人不舒服。柔和的照明環境才能夠給船員舒適的感覺。燈具的光線必須經過特殊處理才能達到柔和、不眩目的效果。

(2) 解決散熱問題。

LED是功率型器件，受電流和溫度影響較大，通電后，芯片產生的高溫會導致LED發光效率急劇下降，電極損壞，環氧樹脂加速老化，光衰減快，甚至產品壽命終止。因此，改善散熱能力是保證LED壽命最關鍵的問題。

燈具要通過合理散熱設計，保證LED產生的熱量能快速傳遞出來，只有LED的結點溫度低于105℃才能保證光源的壽命。

(3) 產品在電壓波動大環境中可靠使用的問題。

首先遵循開關電源的設計標準，需在LED驅動電源設計開路和短路保護、過溫保護、過載保護、恒定電流輸出、并具有防雷和抗浪涌設計(可有效防止雷擊4 kV以上沖擊 )、對于功率50 W LED驅動器要增加軟啟動。

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(4) 解決鹽霧腐蝕問題。

LED光源硅晶片雖然被環氧樹脂封閉，但LED的焊盤依舊外露，焊接部位在鹽霧的腐蝕下容易失效，從而導致LED失效。要解決這一問題有兩種辦法：① 可通過提高產品的外殼防護等級，保證燈具內部不存在水汽；② 選用具有防鹽霧特性的LED產品。

(5) 解決藍光危害問題。

LED可以得到白光，能被用于照明。目前，獲取白光最常用的方法是用發藍色光的LED芯片激發熒光粉，LED輻射出藍光，藍光又被分成兩部分，一部分藍光激發熒光粉發出黃綠光，另一部分熒光投射出來與產生的黃綠光混合產生白光。這一特性決定LED發出的光中一定存在藍光。但是藍光會對人的視網膜產生損傷。要避免藍光的危害，一是降低色溫，二是在LED光源表面加裝漫射罩，并選擇藍光危害危險等級組別優于RG1以上的LED產品。

4船舶LED照明發展趨勢和方向

由于船員長期在艙室內工作，整天都是在單調燈光下工作和生活，很少能接受自然光的照射，長期易使人感到不適，甚至影響到身體健康，因此有必要研究智能和仿生的燈具——可模擬太陽光的新型LED仿生照明燈具(隨著時間的變化，光強和色溫隨之自動改變)和智能LED情景式照明燈具(可調節光強、色溫和顏色，從而構建不同的情境模式，如：家庭模式、辦公模式、會議模式等)，以滿足新型船舶各個場所的需求。

智能照明環保、節能、安全、高效、更人性化，隨著生產技術的進步和應用市場的開拓，預計未來船舶LED照明將逐漸向智能和仿生方向發展，智能和仿生照明將成為未來船舶照明技術發展的趨勢和新方向。

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作者簡介：董蕾(1985-)，男，工程師，研究方向為船舶電氣。

中圖分類號TM923

文獻標志碼A

The Application of LED Light Source in Lighting on the Ship

DONG Lei

(Navy Military Representative Office in Wenzhou， Zhoushan Zhejiang 316000， China)

AbstractThrough the analysis and comparison of LED lighting and traditional lighting for ship, the advantages and characteristics of ship LED lamps were expounded. The corresponding improvement measures were put forward to solve the technical problems of LED. LED lighting to replace traditional lighting would become the inevitable trend of the future development of ship lighting.

KeywordsLEDShip lightingApplication