半导体发光二极管(LED)已有四十多年的历史,到上世纪九十年代上半期研究出现蓝光LED后,很快就成功解决了白光LED。白光LED的问世及其快速发展,受到了世界各照明企业的关注,投入了很大的资金,进行了卓有成效的研究,十多年中,使白光LED的光效提高了近十倍,作为一种新型的固体光源(SSL)进入照明领域,成为第二代(气体放电灯)光源以后的第三代新型光源。
半导体发光二极管(LED)已有四十多年的历史,到上世纪九十年代上半期研究出现蓝光LED后,很快就成功解决了白光LED。白光LED的问世及其快速发展,受到了世界各照明企业的关注,投入了很大的资金,进行了卓有成效的研究,十多年中,使白光LED的光效提高了近十倍,作为一种新型的固体光源(SSL)进入照明领域,成为第二代(气体放电灯)光源以后的第三代新型光源。
1 白光LED的优势
白光LED出现近15年,其发展速度之快,超过人们的预计,好象一个超常发展的少年“神童”,受到家庭和社会的特别关注和培育。其主要优势和特点有:
(1) 光效迅速提高:到现在,产品的实用光效可达70~90lm/W,据报导,美国实验室数据达160lm/W,而用还有增加的趋势,预期在未来3~5年,实用光效达到150~200lm/W是可能的,到那时有可能成为最高效的光源。
(2) 起动性能好,快捷可靠,只有毫秒级的响应时间,能达到全光通输出。
(3) 调光方便,可控性强。
(4) 耐震动,耐气候性良好,寿命长。
(5) 不含汞,环保性能优。
(6) LED在一定光束角内定向辐射,用于射灯、筒灯等灯具时,有利于提高下射光通比。
(7) 用于景观、装饰、广告、信号等场合,有多种彩色光LED,加上良好的启动和调光性能,容易实现数字化控制,以达到多彩、动态变化,在商业性、娱乐性场所极具渲染性。
2 白光LED用于室内照明待解决的问题
白光LED在照明领域探索前进,在实际应用中不断提高,已经取得了不少成绩,推动了LED照明的发展。LED应用于夜景照明,已经显示出很大的优越性,但是作为功能性照明,无论在产品或技术上,还远没有达到成熟的阶段,存在着不少有待进一步解决的问题,当然这也是符合发展规律的,主要问题有:
(1) LED芯片主要依赖进口,应用国产芯片很少,大功率(1W及以上)芯片还没有,芯片缺少自己的技术和知识产权;我国已拥有很大规模的LED封装产业,具有较优良的装备,但封装技术、材料和工艺,还存在一定差距。
(2) 缺乏统一的标准,包括LED灯具系统、驱动电路等,一部分企业发挥自己的优势,研究开发了自己的产品,有些则借鉴或仿制,产品水平良莠不齐,各家产品规模各异,互换性差,维修困难。
(3) LED照明灯的测试方法没有统一,有些参数的测试还待研究,如显色性的测量和气体放电灯也不一定相同。
(4) LED灯具产品还处于初级阶段,技术上不成熟,还存在不少问题,如:
1) 散热问题:如何把结温有效降低到允许水平,仍在探索和实践中,温度控制不好,将影响光效,加光光通衰减,甚至色温、显色性的稳定。
2) 目前多数LED的色温偏高,过多的蓝色光谱,对于多数室内场所,会使人感觉不舒服,产生刺激感,与环境不够协调,光线不够柔和,不利于眼睛保护。
3) LED用作室内功能性照明,如何设计灯具的配光和控光系统,也是一个新课题,定向发光的LED不同于现有光源,灯具的反射、漫射、配光,都有自己的特点。
4) LED照明的驱动电路:也需要进一步优化和标准化,还需要时日,其性能包括使用寿命、功耗、谐波、功率因数等,都需要探索。
(5) 价格过高,是推广应用的又一障碍,单靠政府补贴,并非发展之良策,用LED代替白炽灯等低效光源,有显著节能效果,可享受补贴;而相对三基色直管荧光灯这类更高效光源,并没有节能效果(至少今日是如此),过高的初建费用,绝没有经济上的合理性。
(6) LED照明的另一个问题,是缺乏平稳有序的发展态势。短短几年,几千家企业挤入LED照明,有一哄而起的架势,使人想起“大跃进”的年代。有一些企业在模仿中制作,低水平重复,靠夸大入市,有的企业和一些媒体融合,过分炒作,夸大节能效果,甚至个别政府官员也取到推波助澜作用,误导了使用单位。必须建立一套完整的技术标准和客观的评价机制,实事求是的舆论导向,引导其健康发展。
3 LED在室内照明中的作用
3.1 应用的原则和方向
室内照明不同于夜景照明,更强调照明的功能;相对道路照明说,则是一个更为广阔的空间,不同的使用场所,不同的功能,不同的大小场所,不同的装饰美观要求,决定了室内照明灯具品种繁多,配光类型各异,当前成百上千企业拥向路灯的局面,应该开阔视野,更换思维,走进室内这个更宽广的天地。
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