LED光源在船舶照明上的应用

董　蕾

(海军驻温州地区 军事代表室， 浙江 舟山 316000)



LED光源在船舶照明上的应用

董蕾

(海军驻温州地区 军事代表室， 浙江 舟山 316000)

摘要通过LED照明与船舶现有传统照明作对比分析，阐述了船舶LED灯具的显著特点及应用优势，对LED需解决的技术问题提出了相应的改进措施，LED照明替代传统照明将成为未来船舶照明发展的必然趋势。

关键词LED船舶照明应用

1船舶应用LED的必要性

LED是发光二极管的英文(Light Emitting Diode)缩写，其基本结构为一块电致发光的半导体材料。随着技术的不断成熟和发展，LED的应用范围逐渐扩大，广泛应用于LED照明、建筑景观、广告显示屏、手机、电脑显示屏等。LED环保、省电节能，再加上发光效率高及寿命长的优势，LED光源在通用照明的应用领域取代传统光源的可行性大为提升。

从通用照明市场分析，LED 光源替代白炽灯和荧光灯的趋势已从局部应用领域向纵深发展。传统光源的生产厂家纷纷转型LED或者关停，传统光源逐渐退出市场，但LED应用于船舶领域相对较少，如果船舶灯具不尽快切换为LED光源，到时势必会出现无灯可用的局面。因此在新型舰艇上使用绿色环保、节能、美观、体积更小、重量更轻、寿命更长、科学配光、高可靠性的新型LED照明灯具已成为当前和未来的发展趋势。

2LED作为船舶照明灯具的优势

传统的船舶照明灯具，舱室内灯具一般使用白炽灯、卤钨灯、荧光灯作为光源，舱室外灯具一般使用卤钨灯、汞灯和高压钠灯作为光源。白炽灯、荧光灯、卤钨灯是采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧，容易热沉积、光衰减，发光效率较低。白炽灯光效约为15 lm/W，寿命800 h左右；卤钨灯光效约20 lm/W，寿命为1 500 h左右；荧光灯80 lm/W，寿命为8 000 h左右；钠灯约100 lm/W，光效虽高，寿命也可达到2×104h，但钠灯的显色指数极低。传统光源的废弃物易碎并存在汞污染的问题；传统光源的抗震性能较差，在振动的场所容易损坏，须经常更换灯泡。传统灯具的上述缺点，或多或少地影响到了船舶的照明环境。

LED灯具的长寿命、光效高、工作可靠、抗振性能好、无噪声、无频闪等特性，适用做于船舶上各类照明灯具和信号灯具的光源，LED灯具应用于船舶能够很好解决产品维护的问题。作为船舶照明灯具，相比传统的照明光源，LED具有以下相对明显的特征：

(1) 抗振性能好。

船舶长时间在海上航行易受风浪摆动以及发动机运行所产生的震动，或船舶作战时产生的剧烈冲击震动的影响，因此对船舶设备的抗振性能要求较高。传统光源基本包含有灯丝或玻璃内胆，容易损坏。而LED是被完全地封装在环氧树脂内，具备非常好的抗振性能，它比灯泡和荧光灯管都坚固。

(2) 寿命长、工作可靠。

白炽灯是发光钨丝受电能加热而发光，随着加热时间的延长，钨丝逐渐老化甚至烧断。日光灯是由两端的钨丝产生瞬间高压激活荧光粉而发光，其钨丝也容易老化和烧断。

二极管特殊的组成结构采用发光二极管的发光机理，其主要由电极、PN结晶片光学系统组成，靠电子的持续移动而发光，无老化和烧断的问题，发光寿命长达6×104h～12×104h。

(3) 无噪音，无频闪，无红外线、紫外线、热辐射。

传统的荧光灯和高压钠灯一般使用电感镇流器，电感镇流器在“涡流”的作用下易与结构件一起产生共振，发出噪音，如果安装在休息间和工作室，会影响船员的休息和工作。而LED灯具不会产生噪音，适用于休息间，尤其适合于驾驶室、报房、监控台等注意力需要高度集中的工作场所。

传统的照明灯具一般采用交流电，会产生一定频率的频闪，影响人体视觉舒适性。而LED灯具是将交流电转换为直流电，消除了频闪现象。

高压钠灯、荧光灯有紫外辐射，白炽灯、卤钨灯有明显的红外线和热辐射。而LED无红外线、紫外线、热辐射。

(4) 光效高，光学配光方便。

目前市面上的LED光源的光效已经可以达到80 lm/W～120 lm/W，而最先进的LED光源实验已经突破200 lm/W，相信不久的将来可以应用到市场上。LED是单方向少于150°发光的点光源，最便于进行光学设计。

(5) 节能环保。

以一艘2 000 t的船舶为例，如果使用传统光源需要1.5×104W以上的功率，改用LED只需要2 000 W左右的功率就可以达到同样的照明效果，这样可以减少船舶发动机的装机容量，可以显著降低船舶航行成本，达到节能的目的。另外，LED光源未使用传统光源的汞或其他重金属，环保无污染。

3LED作为船舶照明光源需要解决的技术问题

LED光源虽优点明显，但不能直接用于照明，它必须要和驱动器、光学部件、结构外壳等组成灯具才能完成照明任务。

船舶设备长期处于电压波动范围大、电磁干扰、振动、冲击、盐雾、高温高湿、油雾和霉菌的环境中，对船用照明设备工作的可靠性和维修性等提出了更高要求。船舶的使用环境远高于一般的通用照明环境，因此船舶用LED灯具有别于通用照明产品，不能简单地将通用照明市场的产品直接用于船舶上，应需针对船舶的使用环境开发船舶专用的LED照明灯具。开发船舶用LED照明灯具需要解决以下技术问题：

(1) 通过光学设计解决光线眩目的问题。

LED属于点光源，如果直接照射到眼睛上，会感到眩目，让人不舒服。柔和的照明环境才能够给船员舒适的感觉。灯具的光线必须经过特殊处理才能达到柔和、不眩目的效果。

(2) 解决散热问题。

LED是功率型器件，受电流和温度影响较大，通电后，芯片产生的高温会导致LED发光效率急剧下降，电极损坏，环氧树脂加速老化，光衰减快，甚至产品寿命终止。因此，改善散热能力是保证LED寿命最关键的问题。

灯具要通过合理散热设计，保证LED产生的热量能快速传递出来，只有LED的结点温度低于105℃才能保证光源的寿命。

(3) 产品在电压波动大环境中可靠使用的问题。

首先遵循开关电源的设计标准，需在LED驱动电源设计开路和短路保护、过温保护、过载保护、恒定电流输出、并具有防雷和抗浪涌设计(可有效防止雷击4 kV以上冲击 )、对于功率50 W LED驱动器要增加软启动。

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(4) 解决盐雾腐蚀问题。

LED光源硅晶片虽然被环氧树脂封闭，但LED的焊盘依旧外露，焊接部位在盐雾的腐蚀下容易失效，从而导致LED失效。要解决这一问题有两种办法：① 可通过提高产品的外壳防护等级，保证灯具内部不存在水汽；② 选用具有防盐雾特性的LED产品。

(5) 解决蓝光危害问题。

LED可以得到白光，能被用于照明。目前，获取白光最常用的方法是用发蓝色光的LED芯片激发荧光粉，LED辐射出蓝光，蓝光又被分成两部分，一部分蓝光激发荧光粉发出黄绿光，另一部分荧光投射出来与产生的黄绿光混合产生白光。这一特性决定LED发出的光中一定存在蓝光。但是蓝光会对人的视网膜产生损伤。要避免蓝光的危害，一是降低色温，二是在LED光源表面加装漫射罩，并选择蓝光危害危险等级组别优于RG1以上的LED产品。

4船舶LED照明发展趋势和方向

由于船员长期在舱室内工作，整天都是在单调灯光下工作和生活，很少能接受自然光的照射，长期易使人感到不适，甚至影响到身体健康，因此有必要研究智能和仿生的灯具——可模拟太阳光的新型LED仿生照明灯具(随着时间的变化，光强和色温随之自动改变)和智能LED情景式照明灯具(可调节光强、色温和颜色，从而构建不同的情境模式，如：家庭模式、办公模式、会议模式等)，以满足新型船舶各个场所的需求。

智能照明环保、节能、安全、高效、更人性化，随着生产技术的进步和应用市场的开拓，预计未来船舶LED照明将逐渐向智能和仿生方向发展，智能和仿生照明将成为未来船舶照明技术发展的趋势和新方向。

参考文献

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作者简介：董蕾(1985-)，男，工程师，研究方向为船舶电气。

中图分类号TM923

文献标志码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