白光LED进军室内照明大势渐成

白光LED进军室内照明大势渐成
2010-10-28 10:17:21 中国建设网报行业:灯具浏览

　　虽然白光LED在室内照明领域不断扩大应用份额，但白光LED照明还面临很多挑战。LED灯不仅仅需要关注芯片或者封装器件的相关性能，更需要重点研究LED照明配套的电子技术、热管理和光学技术等

　　白光LED的成功研制，真正点燃了“绿色照明”的光辉。随着LED技术的不断进步，LED正逐渐从信号、显示阶段向照明应用阶段发展，其长寿命、高效、节能的特点已经被认可，白光LED正在室内照明领域得到越来越广泛的应用。

　　白光LED优势众多

　　白光LED应用于室内照明具有众多优势。第一，LED的亮度和光色可调，能满足室内装饰照明对色彩的要求，在开发情景照明市场上，具有传统光源难以比拟的优势。第二，LED容易进行动态控制，可以根据用户的需求设计集群控制，在一些需要编程能力的场合，能够提供合理的解决方案，为室内照明的智能化管理提供便捷。第三，LED体积小巧，更具装饰性特点，通过灯具设计能与建筑物有机融合，达到“见光不见灯”的效果。第四，LED寿命长、不含汞，符合国家“节能减排”的政策要求。第五，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。

　　随着LED技术的提升、节能效果的显现、成本的下降，无论在国际市场还是国内市场，LED已开始进入商业照明甚至部分家用照明市场，展现出了良好的发展势头。在室内照明应用前景广泛现阶段LED价格依然很昂贵，但是因为LED灯具有较高的光效，可节省电力消耗成本，同时有较长的寿命，可减少更换和维护费用，因此，在考虑白光LED室内照明发展方向时，相对于传统照明方式（白炽灯、卤素灯、紧凑型荧光灯、直管荧光灯和金属卤化物灯），白光LED灯的投资回报是最重要的考量因素。经过分析可知，相对于白炽灯，LED灯的投资回收期为1.7年至3.4年；相对于卤素灯，LED灯的投资回收期为1.7年至3.5年。因此，取代白炽灯和卤素灯，白光LED的应用具有非常吸引人的投资回收速度。相对于紧凑型荧光灯，在部分应用场合，LED灯的投资回收期为4.5年至6.2年；相比直管荧光灯和金属卤化物灯，LED灯没有良好的投资回收期表现。

　　笔者认为，白光LED在室内照明的应用方向主要集中在几个方面：首先应取代光效低下的传统光源，如白炽灯、卤素灯，应该大力发展能达到相同照明效果的LED灯，逐步替换紧凑型荧光灯。在这类应用中，LED灯需要在满足照明效果的条件下追求适当的使用寿命和最优化的性价比。其次，可以应用于方向性照明领域，包括聚光灯、强光灯和局部照明等，该领域可以最大限度地发挥LED光源体积小、定向发光的特点。针对方向性照明应用，保证大量的光到达任务区域和光的质量是关键因素。LED灯可以满足目标任务的光强、光分布和显色性要求。最后是情景和受控照明领域。LED光源的色彩丰富，彩色光源饱满，同时LED光源响应快、启动时间短、方便调光。发挥LED光源的上述优点，可以将LED灯应用于需要做颜色变换的照明环境，以及应用于需调光、频繁开光灯的场景。

　　关键技术需要突破

　　虽然白光LED在室内照明领域不断扩大应用份额，但白光LED照明还面临很多挑战。LED灯不仅仅需要关注芯片或者封装器件的相关性能，更需要重点研究LED照明配套的电子技术、热管理和光学技术等。

　　首先是驱动问题。LED只能采用直流电驱动，不能在LED两端施加交变电流或电压。同时，为了获得高质量的照明效果，使LED输出稳定、长寿命的光通量，LED的输入电流需恒定。但现有供电系统通常采用120V或220V的交流电。另一方面，由于LED光源本身消耗功率小，因此与之匹配的LED控制装置（含驱动）在额定状态下消耗的功率要小。在满足各项安全规定的条件下，LED控制装置还需要考核其和LED光源组合后在额定电压和频率工作时的功率因数。鉴于开关电源的固有特性，部分高功率因数的驱动本身消耗功率已经接近所适配的LED产品，因此，在设计LED光源驱动时，应重点关注LED控制装置的能效等级，适当兼顾线路功率因数。同时，LED驱动的调光或者控制也是现阶段驱动技术的热点，应根据不同应用场景的需求，控制LED灯的开关，或者调节LED灯的光通量输出。现阶段LED驱动技术的主要研究内容为提高控制精度、提高功率因数、降低驱动本身功耗等。

　　其次是热管理技术。热量累计不仅影响LED的电气性能，还可能最终导致LED失效。因此，为了保证LED灯的寿命，散热成为白光LED应用的一个关键技术，减少或者迅速耗散LED产生的热量成为白光LED在应用设计方面的首要问题。优秀的热管理技术可以进一步改善系统的性能，提高光输出的数量、质量以及确保系统长期的可靠性。根据LED的热功率、灯的尺寸以及应用场所，可以选择主动式散热或者被动式散热。

　　最后是光学设计问题。LED是一个方向性的点光源，如何创造性地应用LED的这两个特点，营造一个舒适的光环境是LED灯光学设计技术的核心。LED光源本身一般会有透镜或者透射材料，用于提高光线出射效率，同时满足出光约120度的配光分布，一般称为一次光学设计。但是为了满足室内照明的各种需求，需要将光根据需要重新分配，称之为二次光学设计。目前根据应用场合的不同，二次光学设计可以采用不同的手段达到高效、精确配光的要求，比如全反射式透镜、高反射率反射器、混光腔等。

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