LED照明发展应对的问题探讨[1]

目前制约LED在照明领域广泛使用的技术问题主要有：

　　(1)如何能制造出具有高显色性、高发光效能的白光LED，是LED能够在一般照明中广泛使用的一个前提。对于白光LED而言，发光效能、显色性以及成本都决定着它在照明市场中的竞争力。当前制造白光LED的方法可以分为三种，光转换型：单芯片加荧光粉合成白光技术，是现在使用最广泛的方法，但存在能量损失和光效率不高现象;多色组合型：红、绿、蓝(RGB)多芯片组合白光技术， 由于发光全部来自LED,不需要进行光谱转换，能量损失较小，效率最高，但供电系统和安装结构较复杂，颜色空间分布不均匀，成本较高;多量子阱型(MOCVA)：即在芯片发光层的生长过程中掺杂不同杂质生长出能产生互补色的多量子阱，通过不同量子阱发出的多种光子复合发射白光。该方法技术要求很高，目前还难已达到产业化。几种技术相比而言，RGB型LED虽具有发光效能高、显色性好等优点，但是三种芯片性能的不同，使得它们因驱动电流或温度等因素的影响而发生色漂移，影响照明稳定性。另外在LED的封装处理过程中要尽量减少光线在LED内部全反射，增加衬底基板反射率，从而使尽量多的光线能够透射出来，以达到提高LED的外部量子效率，增加LED的发光效能的目的。随着芯片和封装技术含量的不断提高，LED的光效已经从以往的30Lm/W提升到目前接近80Lm/W，而且还在不断提高，这为LED照明应用推广打下了有力基础。

　　(2)大功率LED发热问题已经成为制约LED照明发展的瓶颈。LED光源的长寿命是基于其温度控制基础上的，PN结温度升高会造成器件性能变化和衰减，这也是为何单颗LED尚无法提供大亮度做主照明光源的原因之一。大功率型LED器件获得高通量最大障碍依旧是芯片的取光方式和高出光效率封装结构的设计。这些都需要研究单位和生产厂家靠规模生产来降低成本和技术创新来解决。针对LED光源在照明中的散热方法，有人建议采用仪表风扇及散热器进行散热，虽然简单易行，但该方法由于增加了散热附件，将给LED灯具IP防护等级的设计制作带来更高要求，而且由于风扇、散热器等的使用寿命不及LED光源使用寿命，必定增加不少维护量。同时由于我们的照明灯具使用场所可能扬尘有时会很大，散热器件使用一段时间后会由于灰尘的干扰而大大影响散热效果。较实用的LED散热方法是将LED的铜基直接固定在一体化的灯具外壳上，通过灯壳直接充当大面积的散热器，把热量散发出来。当然芯片制造和器件封装是解决LED发热的根本。LED芯片的内部量子效率的高低直接影响其发光效能，非辐射复合率则决定着芯片产热的大小。可以说只有制造出具有良好质量的LED芯片，才可能有性能优越的LED光源。

　　(3)LED的投光和二次配光设计问题。传统LED光源发光角小，点面积亮度高，光的散射具有极强的方向性，从而使光源形成光点，而光均匀度不好，束缚了其在照明灯具领域的应用。在普通照明时，为满足相应场合的照明要求，通常需要将数十个乃至上百个LED集成组合(矩阵)，为此需要照明灯具经过二次光学设计以达到理想的光强分布和照明效果。LED灯具应尽可能利用LED的定向发射光的特性，使照明灯具中的各个LED分别直接把光线射向需要照明的区域，再利用灯具的反射器辅助配光，从而实现照明的科学综合配光。另外我们还可以通过将传统的圆头外形LED光源改成平头外形的新型LED运用在照明中，由于平头LED发光角度远远大于普通圆头LED，光效将得到加强，光源在单位面积的均匀度也有很大提高。通过在超高亮白光LED使用上采取平头和圆头LED合理比例搭配，经十字形和矩形组合，我们可以充分发挥平头LED发光角度大、光均匀度好，圆头LED点面积亮度高的优点，发挥最大的光效。

　　(4)LED灯具的紧凑型模块化电源设计。LED供电区别于传统光源，使用的是低压直流电。高效、匹配的AC—DC转换电路是保证LED理论寿命的前提，电源及驱动电路的转换率是影响LED照明效率的一个重要因素，一个低效率的供电系统将使LED的节能水平大打折扣。我们要继续努力提高电光源技术与微电子技术的结合程度，使得LED照明控制方式的一致性、模块可靠性逐步提高。