白光LED進(jìn)軍室內(nèi)照明大勢漸成

白光LED的成功研制，真正點燃了“綠色照明”的光輝。隨著LED技術(shù)的不斷進(jìn)步，LED正逐漸從信號、顯示階段向照明應(yīng)用階段發(fā)展，其長壽命、高效、節(jié)能的特點已經(jīng)被認(rèn)可，白光LED正在室內(nèi)照明領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。

白光LED優(yōu)勢眾多

白光LED應(yīng)用于室內(nèi)照明具有眾多優(yōu)勢。第一，LED的亮度和光色可調(diào)，能滿足室內(nèi)裝飾照明對色彩的要求，在開發(fā)情景照明市場上，具有傳統(tǒng)光源難以比擬的優(yōu)勢。第二，LED容易進(jìn)行動態(tài)控制，可以根據(jù)用戶的需求設(shè)計集群控制，在一些需要編程能力的場合，能夠提供合理的解決方案，為室內(nèi)照明的智能化管理提供便捷。第三，LED體積小巧，更具裝飾性特點，通過燈具設(shè)計能與建筑物有機(jī)融合，達(dá)到“見光不見燈”的效果。第四，LED壽命長、不含汞，符合國家“節(jié)能減排”的政策要求。第五，LED在一定光束角內(nèi)定向輻射，用于射燈、筒燈等燈具時，有利于提高下射光通比。

隨著LED技術(shù)的提升、節(jié)能效果的顯現(xiàn)、成本的下降，無論在國際市場還是國內(nèi)市場，LED已開始進(jìn)入商業(yè)照明甚至部分家用照明市場，展現(xiàn)出了良好的發(fā)展勢頭。在室內(nèi)照明應(yīng)用前景廣泛現(xiàn)階段LED價格依然很昂貴，但是因為LED燈具有較高的光效，可節(jié)省電力消耗成本，同時有較長的壽命，可減少更換和維護(hù)費用，因此，在考慮白光LED室內(nèi)照明發(fā)展方向時，相對于傳統(tǒng)照明方式（白熾燈、鹵素?zé)?、緊湊型熒光燈、直管熒光燈和金屬鹵化物燈），白光LED燈的投資回報是最重要的考量因素。經(jīng)過分析可知，相對于白熾燈，LED燈的投資回收期為1.7年至3.4年；相對于鹵素?zé)?，LED燈的投資回收期為1.7年至3.5年。因此，取代白熾燈和鹵素?zé)?，白光LED的應(yīng)用具有非常吸引人的投資回收速度。相對于緊湊型熒光燈，在部分應(yīng)用場合，LED燈的投資回收期為4.5年至6.2年；相比直管熒光燈和金屬鹵化物燈，LED燈沒有良好的投資回收期表現(xiàn)。

筆者認(rèn)為，白光LED在室內(nèi)照明的應(yīng)用方向主要集中在幾個方面：首先應(yīng)取代光效低下的傳統(tǒng)光源，如白熾燈、鹵素?zé)?，?yīng)該大力發(fā)展能達(dá)到相同照明效果的LED燈，逐步替換緊湊型熒光燈。在這類應(yīng)用中，LED燈需要在滿足照明效果的條件下追求適當(dāng)?shù)氖褂脡勖妥顑?yōu)化的性價比。其次，可以應(yīng)用于方向性照明領(lǐng)域，包括聚光燈、強(qiáng)光燈和局部照明等，該領(lǐng)域可以最大限度地發(fā)揮LED光源體積小、定向發(fā)光的特點。針對方向性照明應(yīng)用，保證大量的光到達(dá)任務(wù)區(qū)域和光的質(zhì)量是關(guān)鍵因素。LED燈可以滿足目標(biāo)任務(wù)的光強(qiáng)、光分布和顯色性要求。最后是情景和受控照明領(lǐng)域。LED光源的色彩豐富，彩色光源飽滿，同時LED光源響應(yīng)快、啟動時間短、方便調(diào)光。發(fā)揮LED光源的上述優(yōu)點，可以將LED燈應(yīng)用于需要做顏色變換的照明環(huán)境，以及應(yīng)用于需調(diào)光、頻繁開光燈的場景。

關(guān)鍵技術(shù)需要突破

雖然白光LED在室內(nèi)照明領(lǐng)域不斷擴(kuò)大應(yīng)用份額，但白光LED照明還面臨很多挑戰(zhàn)。LED燈不僅僅需要關(guān)注芯片或者封裝器件的相關(guān)性能，更需要重點研究LED照明配套的電子技術(shù)、熱管理和光學(xué)技術(shù)等。

首先是驅(qū)動問題。LED只能采用直流電驅(qū)動，不能在LED兩端施加交變電流或電壓。同時，為了獲得高質(zhì)量的照明效果，使LED輸出穩(wěn)定、長壽命的光通量，LED的輸入電流需恒定。但現(xiàn)有供電系統(tǒng)通常采用120V或220V的交流電。另一方面，由于LED光源本身消耗功率小，因此與之匹配的LED控制裝置（含驅(qū)動）在額定狀態(tài)下消耗的功率要小。在滿足各項安全規(guī)定的條件下，LED控制裝置還需要考核其和LED光源組合后在額定電壓和頻率工作時的功率因數(shù)。鑒于開關(guān)電源的固有特性，部分高功率因數(shù)的驅(qū)動本身消耗功率已經(jīng)接近所適配的LED產(chǎn)品，因此，在設(shè)計LED光源驅(qū)動時，應(yīng)重點關(guān)注LED控制裝置的能效等級，適當(dāng)兼顧線路功率因數(shù)。同時，LED驅(qū)動的調(diào)光或者控制也是現(xiàn)階段驅(qū)動技術(shù)的熱點，應(yīng)根據(jù)不同應(yīng)用場景的需求，控制LED燈的開關(guān)，或者調(diào)節(jié)LED燈的光通量輸出?，F(xiàn)階段LED驅(qū)動技術(shù)的主要研究內(nèi)容為提高控制精度、提高功率因數(shù)、降低驅(qū)動本身功耗等。

其次是熱管理技術(shù)。熱量累計不僅影響LED的電氣性能，還可能最終導(dǎo)致LED失效。因此，為了保證LED燈的壽命，散熱成為白光LED應(yīng)用的一個關(guān)鍵技術(shù)，減少或者迅速耗散LED產(chǎn)生的熱量成為白光LED在應(yīng)用設(shè)計方面的首要問題。優(yōu)秀的熱管理技術(shù)可以進(jìn)一步改善系統(tǒng)的性能，提高光輸出的數(shù)量、質(zhì)量以及確保系統(tǒng)長期的可靠性。根據(jù)LED的熱功率、燈的尺寸以及應(yīng)用場所，可以選擇主動式散熱或者被動式散熱。

最后是光學(xué)設(shè)計問題。LED是一個方向性的點光源，如何創(chuàng)造性地應(yīng)用LED的這兩個特點，營造一個舒適的光環(huán)境是LED燈光學(xué)設(shè)計技術(shù)的核心。LED光源本身一般會有透鏡或者透射材料，用于提高光線出射效率，同時滿足出光約120度的配光分布，一般稱為一次光學(xué)設(shè)計。但是為了滿足室內(nèi)照明的各種需求，需要將光根據(jù)需要重新分配，稱之為二次光學(xué)設(shè)計。目前根據(jù)應(yīng)用場合的不同，二次光學(xué)設(shè)計可以采用不同的手段達(dá)到高效、精確配光的要求，比如全反射式透鏡、高反射率反射器、混光腔等。