| 健康节能环保的LED专业照明和通用照明之前景 | |
2010-6-4 16:01:02 中国半导体照明网 深圳帝光电子有限公司技术总监 教授级高级工程师 苏遵惠 行业分类:灯具 浏览 | |
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一、前言 半导体照明是以发光二极管(LED)为光源的新型固态光源照明，已经在专业照明领域显现出节能效果。如用于景观照明替代霓虹灯，节能70% ; 用于交通信号灯替代白炽灯，节能 90% ；并在中小尺寸背光模组（BLU）中替代冷阴极荧光灯(CCFL)，已得到广泛使用……。LED 发光效率已远高于白炽灯，超过日光灯和冷阴极荧光灯，正进入占全球电力消耗 15-20 ％的通用照明领域. 在全球健康，环保，能源危机极大的压力下，半导体照明已被世界公认为一种健康节能环保的重要途径，正以更快的速度拓展其应用范围。 二、健康照明 随着地球环境的恶化，人们越来越注重自身的健康，特别是环境因素对人体健康的影响。对于照明光源而言，频闪、紫外线辐射、电磁波辐射、热辐射和眩光等光污染，随着人类的进步，光污染已经到了影响人类健康，而再不能被忽视的地步。而LED作为无频闪、无紫外线辐射、无电磁波辐射、较低热辐射等特性，加上应用光扩散技术消除眩光，使之成为真正的健康光源。 1 、无频闪光源。我们将电光源的光通量随交流电源电压周期性交变而变化，引起的亮暗强弱闪动谓之频闪。 据英国剑桥大学医学研究中心、国际照明委员会维也纳总部等照明、健康医学机构对教学、办公、生产、生活等环境的频闪研究表明：“这种频闪现象是客观存在的，并长期潜移默化地危害人们健康和人的视觉系统”。欧洲照明委员会（European Commission）为此，专门发布了《90/270/EC指南》，强调必需解决和降低灯具的频闪效应，解决引起人们偏头痛和视觉神经系统病变。白炽灯、荧光灯、三基色荧光灯、节能灯或由50Hz～60 Hz交流,或高频高压供电，均存在不同频率的频闪。 特别是荧光类灯具，均为高频频闪，在这类灯具下的运动物体，会出现重影现象，如体育馆内就不能使用荧光类灯具，特别是像乒乓球、羽毛球等小球在荧光类灯具下几乎无法进行比赛。生产车间的旋转机床在荧光类灯具照明时会使人眼产生反转或静止的错觉，而导致事故发生。 频闪现象也是导致人眼疲劳和损坏人的视力，特别是青少年视力下降的主要“杀手”，大家可以思考：从菜油灯、煤油灯到白炽灯、日光灯，照明亮度在逐步提高，而青少年的视力却在逐年下降，而且低龄化程度也在加剧。这一不争的事实不与电/光灯具的频闪不无关系。 而LED灯具由低压直流供电，不存在电源电压周期性交变，所以不存在频闪效应。是现在公认的对人的视力，特别是青少年视力有益的健康灯具。 2 、无紫外线辐射光源。 白炽灯、荧光灯、三基色荧光灯、节能灯都有不同程度的紫外线辐射。中国医科大学皮肤病与皮肤美容研究所研究表明：在日光灯下工作、学习一天所吸收的紫外线——相当在阳光下暴晒一小时。紫外线辐射会直接破坏人体免疫系统，杀伤白细胞，损害核酸与蛋白质的化学键，引起遗传基因（DNA）变异，甚至癌变。
由上列1～4图可见，无论是白炽灯，还是荧光灯均存在一定量的紫外线辐射，而LED光源，即使是接近紫外线的蓝色LED光谱也不含紫外线辐射能量，均在可见光范围。对于红色、绿色LED光源就更加不含紫外线辐射能量了。 3、无电磁辐射光源。 荧光灯、三基色荧光灯、节能灯均工作在高频高压状态，都不可避免地带来不同程度的电磁辐射。而LED光源在直流/低压状态下工作，无电磁辐射。 据英国剑桥大学医学研究中心、国际照明委员会维也纳总部研究表明，电磁辐射可能导致心悸、失眠 、白细胞减少、记忆力减退，使心血系统、神经系统受损，而且电磁辐射伤害是累积的。 三、节能照明 随着LED芯片和封装模块技术水平的逐步提升，虽然国产LED芯片和封装模块与国际上的著名品牌的发光效率还有一定的差距，但是只要封装技术和二次光学设计合理，国产白光LED芯片和封装模块的发光效率可达到80～90 lm/W , 国产R/G/B（红/绿/蓝）LED合成白光的发光效率也已达到60 lm/W 左右。灯具和背光组件的发光效率已经超过传统的荧光灯等光源的发光效率。2008年北京奥运会“鸟巢”、“水立方”的LED景观照明和LED超大显示屏的成功应用，向我们昭示了LED全面进入专业照明和通用照明时代的到来。帝光电子也抓住这一契机，以LED背光模组技术为基础，向LED纵向发展——LED背光模组的超薄液晶显示器；向LED横向发展——LED室内、室外照明灯具。 1、LED室内照明灯具 我们采用背光源的高端技术进行LED室内照明灯具设计，取得了较好的节能效果。下面以市场上XX品牌的20W×3=60W的日光灯组件和帝光电子的格栅灯为例进行比较。 我们进行了实际检测，原20W×3=60W的日光灯，包括镇流器消耗，实际共消耗功率81.5W，而同亮度的帝光电子的LED格栅灯实际功率消耗31.6W，省电61.2%。
2、LED室外照明灯具 以下以一段典型的用LED路灯路灯与高压钠灯经济/技术数据的案例予以说明。 ⑵ 高压钠灯功率为250W/PCS，LED路灯功率为100W/PCS，达到同样亮度； ⑶ 高压钠灯单价为1000元RMB/PCS，LED路灯单价为5000元RMB/PCS； ⑷ 高压钠灯10年需要更换8次，LED路灯10年只需要安装1次； ⑸ 按照功率配置输电电缆。 结果：见表1所示。LED路灯路灯第一次投资较大，而10年的综合成本仅为高压钠灯的38.47% 。而且在很大程度上，解决了能源紧张的问题。
3、LED背光模组 帝光电子自2006年以来，一直致力于LED在背光模组的应用，中小尺寸背光模组（19”及以下）已经全部为LED，在大尺寸背光模组中也开始在22”、24”、26”中应用，并且逐步开发32”、42”等大屏背光模组。特别是对LED背光组件进行视频亮度动态控制后，其节电效果十分明显。下面以19”显示器为例予以说明。 19”显示器采用了超薄一体化设计（见图7），使其厚度由常规产品的25㎜,降低到13.3㎜,仅为常规产品的53.2 % ； 质量由4.5 Kg，降低到2.5 Kg , 仅为常规产品的55.6 % ；如果按2008年国内销售3000万台测算，则每年可以节省钢材或塑料6万吨。能耗由常规产品的35W左右,降低到15～22W（因信号亮度强弱不同，能耗不同）, 仅为常规产品的33.3 % ～ 48.9 % 。如果按2008年国内销售3000万台（按每天8小时计算）测算，每年可省电240万度。可见节能效果十分显著。
如果按照新制定的LED显示器功率测试信号源标准方案进行测试，功率降低幅度更大。
经试验，大尺寸LED液晶显示器的节能效果均在50 % 以上。可见，LED为节能照明光源。 四、环保照明 LED为环保照明光源已为业内共识。主要体现在以下几个方面： ㈠ 因LED为固体光源，无汞和有害气体，故对环境无污染。 ㈡ 因LED为固体光源，无易碎物，使用寿命长；其颗粒极小，即使到报废时，电子垃圾少。只要回收、处理得当，不会对环境造成影响。 ㈢ 人们普片认为：太阳光是最适宜人眼的自然光线。但是，当太阳光达到一定亮度时，是不能直接用眼去看太阳光的。必需是阴天，或太阳光经过折射、反射后被人眼接受的光线，才是人眼感觉舒适、自然的光线。帝光电子的室内照明灯具正是依照这一原理，应用背光模组的高端技术，将LED点光源经过折射和反射，对光进行扩散，使之成为分布均匀、光线柔和的面光源；而且将光的分布范围控制在设计的光强分布曲线范围内，使之不产生眩光。 五、专业照明照明和通用照明的发展前景 LED光源由于其发光效率逐步提升，而且还有相当大的提升空间，稳定度更加可靠，价位也在逐步下降，给予LED照明产业提供了极好的机遇。全球打响LED照明产业争夺战，世界各大照明工业巨头已经启动了大规模商用开发计划。并提出要在2010年前，使LED发光效率提高到 200 lm/w 以上，给产业链的中下游企业提供了超常规发展的有利条件。 我国的《国家半导体照明工程》通过“863”计划等科技计划的支持，已于2006年6月正式开始实施。现在已初步形成外延片生产——芯片制备——封装集成——LED应用比较完整的产业链，在国际市场上已占有相当的份额。新华网2008年07月24日报道温家宝主持会议，研究部署加强节油节电节能工作并强调“要抓好照明节电，加大高效照明产品推广力度，今明两年大中城市政府机关、城市道路照明、宾馆饭店、公共场所等全部淘汰低效照明产品” 审议并原则通过《公共机构节能条例（草案）》《民用建筑节能条例（草案）》。2008年8月6日国务院办公厅颁发了国发〔2008〕23 号文件《国务院关于进一步加强节油节电工作的通知》，在照明节电措施中强调： 一是加快淘汰低效照明产品。制定实施淘汰低效照明产品、推广高效照明产品计划。2008年年底前，东、中部地区和有条件的西部地区大中城市行政机关全部淘汰低效照明产品. 2009年年底前，东、中部地区和有条件的西部地区大中城市道路照明、公共场所全部淘汰低效照明产品。加大利用财政补贴推广高效照明产品的力度.……。利用中央预算内投资支持高效光源、灯具等生产企业实施技术改造，研究采取税收政策抑制白炽灯等低效照明产品的生产和消费. 广东省、深圳市政府也出台一系列政策，支持LED产业发展。2月5日深圳市长许宗衡主持召开市政府四届一二八次常务会议，研究审议并原则通过了《深圳市LED产业发展规划（2009－2015年）》等一系列支持LED产业发展的政策文件。并正在一一落实。 可见，无论是政策环境，还是技术发展的可能，都给LED产业注入了新的活力和发展机遇。而且无论从专业照明，还是通用照明方面，都具有庞大的市场和发展前景。 从专业照明方面来看，大尺寸显示器、TV用背光组件，汽车主灯照明具有庞大的市场。 从通用照明方面来看，市场容量更大。路灯照明、商业照明、民用照明、装饰照明其发展前景更加广阔。只要我们看准目标，逐步解决LED光效还没有达到理想的技术招标，光衰问题还不甚理想，价格还过高，我国的LED产业链还没有有机的形成，我国的庞大的LED企业队伍相对国际柱头企业而言，还显得不大不强……。但只要LED企业按照各级政府的LED产业规划去实施，必定会变金融危机为发展机遇。使我国的LED产业逐步形成有机的产业链。 六、结论 LED照明具有健康、节能、环保的极大优势，LED产业是正在蓬勃发展的朝阳产业。必将在专业照明和通用照明方面得到超常规发展。而且这个时代已经到来。 2009年• 深圳 参考文献： 1、《照明技术手册》第2版 机械工业出版社 朱小清主编 2004年 2、《公共机构节能条例（草案）》 新华网 2008年07月24日报道 3、 《民用建筑节能条例（草案）》 新华网 2008年07月24日报道 4、 中广网深圳2009年02月06日 | |
