探討：代表著LED家居照明技術(shù)頂峰的LED燈泡

與那些動(dòng)輒一年甚至半年就更新一代的消費(fèi)電子產(chǎn)品相比，燈泡實(shí)在太寂寞了。距離愛迪生發(fā)明第一只鎢絲電燈泡已經(jīng)過去了整整132年，但照明技術(shù)的革命性變化卻屈指可數(shù)，更別提顛覆性的突破了。

現(xiàn)在，曙光初現(xiàn)。

在2012年底以前，如果一切順利，你可能會(huì)在市場上看到一款造型奇特的燈泡：總共有4個(gè)發(fā)光的腔體，腔體與腔體之間還有四個(gè)裂縫用于散熱，中部是散熱器，尾部則安裝著復(fù)雜的電子控制系統(tǒng)，用以調(diào)節(jié)光線的強(qiáng)弱。這款名為L Prize的燈泡來自飛利浦公司，它極有可能代表著新一代照明技術(shù)的未來。

L Prize使用的技術(shù)是LED（發(fā)光二極管），但這絕不是它成為新一代照明代言人的原因。以“半導(dǎo)體晶片+熒光粉”為核心的LED照明最早出現(xiàn)于1962年的GE公司，它最早應(yīng)用于收音機(jī)、小型計(jì)算機(jī)和電子手表上，被搬到照明領(lǐng)域只是最近幾年的事。

L Prize之所以被特別提及，是因?yàn)樗_(dá)到了LED家居照明技術(shù)的頂峰：它既能達(dá)到白熾燈的照明效果，又能大幅提高能源使用效率。它的能效（電力轉(zhuǎn)化的效率）是白熾燈的10倍、是熒光燈的1.6倍，同時(shí)還有著白熾燈一樣的完美色溫。如果把這些拗口的術(shù)語拼湊成一張圖片，那么應(yīng)該是這樣一個(gè)場景：你站在一種令人感到舒適愉悅的暖白色燈光下，而此時(shí)為你拍的每一張照片上的每一種顏色都可以準(zhǔn)確還原。

做到這一切并不是一件輕易的事。在接受采訪時(shí)，曾參與研發(fā)的飛利浦照明LED照明全球事業(yè)部項(xiàng)目管理部總監(jiān)劉燁說，最初他們認(rèn)為那些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)簡直就是“變態(tài)”。

飛利浦最早于2008年6月起，開始召集美國的LED晶片和電子控制專家、歐洲的熒光粉專家、上海的生產(chǎn)專家等100多人的全球團(tuán)隊(duì)，分前期概念、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和商業(yè)計(jì)劃三個(gè)階段，投入到L Prize的研發(fā)之中。這一動(dòng)作是對(duì)美國國家能源部一項(xiàng)法案的響應(yīng)。后者在這一年做出決定，給率先研發(fā)出能替代60瓦白熾燈燈泡的LED燈泡公司以1000萬美元的獎(jiǎng)勵(lì)，并將其寫入了美國《2007能源獨(dú)立和安全法案》，其前提是產(chǎn)品滿足前面提到的那些嚴(yán)苛指標(biāo)。

相對(duì)于LED照明需要的研發(fā)投入，1000萬美元簡直就是杯水車薪。不過飛利浦公司也意識(shí)到，如果產(chǎn)品能夠研發(fā)成功，那么將帶來可觀的政府采購合同和市場主導(dǎo)能力。

這并不是人類第一次試圖為白熾燈尋找替代品。盡管白熾燈的光源很完美，但它的能源轉(zhuǎn)化率過于低下，只有10lm/W，白熾燈把90%的能源都浪費(fèi)在了發(fā)熱上。

在LED之前，熒光燈（即節(jié)能燈）曾經(jīng)被寄予厚望，它的能源轉(zhuǎn)換效率平均能達(dá)到50－60lm/W。但熒光燈的一大特點(diǎn)是光色越冷能源轉(zhuǎn)化效率越高，并且直管狀是最理想的產(chǎn)品外觀。這些特征在很多歐美家庭看來都是不可接受的，沒有多少人愿意在自己家的天花板上裝上一根直直的、發(fā)著冷白色光芒的燈管；在中國，情況也大體相當(dāng)，很多家庭為了避免光色過冷，會(huì)將熒光燈管裝在白熾燈的燈帶里。

色溫是L Prize研發(fā)過程中需要解決的一大問題。此前的LED照明技術(shù)存在一個(gè)與熒光燈同樣的問題，那就是燈光越暖，LED燈使用的紅色熒光粉就越多，效率也會(huì)大打折扣。此外，美國能源部的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的燈泡使用壽命必須大于2.5萬小時(shí)，幾乎是現(xiàn)有LED燈泡平均壽命的25倍。

為了解決色溫問題，L Prize研發(fā)團(tuán)隊(duì)在通常的藍(lán)光LED晶片旁加入紅色LED晶片，比利用紅色熒光粉達(dá)到暖色效率要高得多。另外，傳統(tǒng)的熒光粉由于直接貼在晶片上，久而久之容易發(fā)熱，對(duì)光線的損耗也非常大。為了達(dá)到大于90lm/W的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)，飛利浦開發(fā)出了一種名為“Remote Phosphor”的熒光粉混腔，熒光粉不再直接貼著晶片表面，而是留有一定距離，讓各種光可以在腔體內(nèi)部充分混合，大大提高了效率。

讓劉燁他們覺得最棘手的是，美國能源部的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定LED燈必須像鎢絲燈一樣，燈光能向四周散射，達(dá)到全方位分布（light all around）?！斑@是鎢絲燈與生俱來的優(yōu)勢，它天生如此。但LED不行。”他說。

鎢絲燈的燈泡構(gòu)造極其簡單，內(nèi)部除了發(fā)光的鎢絲之外，四周幾乎都是透明的玻璃，只有底部的接口會(huì)擋住光線的散射。而傳統(tǒng)的LED燈多半設(shè)計(jì)成半球體，底部放置著LED晶片和散熱器，光線只能180度散射。

散熱器也是另一個(gè)問題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)想過用液體甚至風(fēng)扇，最終還是決定用最傳統(tǒng)的機(jī)械器件，因?yàn)槟菢幼罟?jié)約成本。在不斷嘗試下，L Prize的最終形態(tài)才得以出現(xiàn)。

飛利浦在規(guī)定期限內(nèi)提交了2000個(gè)樣品，開始了漫長的評(píng)估：每一只燈泡都必須經(jīng)歷6000小時(shí)的測試，觀察在各種環(huán)境下的表現(xiàn)，這種對(duì)可靠性的評(píng)估也是關(guān)系到LED燈泡性能的另一個(gè)關(guān)鍵。

歷經(jīng)曲折研發(fā)成功的L Prize滿足了美國能源部的種種苛刻要求，現(xiàn)在擺在它面前的還有最后一道檻：走向家居照明市場，將熒光燈擠下貨架。

價(jià)格目前仍然是阻礙LED燈泡大舉進(jìn)入家居照明市場的最主要因素。根據(jù)調(diào)查，截至2011年10月，取代傳統(tǒng)60瓦白熾燈泡的LED燈泡平均零售價(jià)為38.6美元。而如果平均價(jià)格不降到19.9美元以下，LED燈泡就幾乎不具備大規(guī)模替代白熾燈的能力。因此，目前LED照明大都應(yīng)用在商用領(lǐng)域，比如酒店、餐廳、電視塔和KTV等等。盡管前期投入大，但LED燈泡的高能效、長壽命能讓商家在幾年之內(nèi)就收回成本。

但家居市場卻完全遵循“價(jià)格為王”的游戲規(guī)則。劉燁認(rèn)為，無論哪個(gè)國家，10塊錢是一個(gè)坎，只要低于10塊錢，大部分人就都能接受。他估計(jì)L Prize燈泡的價(jià)格目前至少是“小王子”的兩倍，就算推出也沒有市場。

“小王子”是飛利浦從2010年開始推出的一款L Prize燈泡的“廉價(jià)版”，它們看上去幾乎一模一樣，但前者各項(xiàng)指標(biāo)都比L Prize低10%。在中國售價(jià)為250元－300元人民幣，在歐洲市場則賣得更貴。而一只60W白熾燈燈泡的價(jià)格只要1美元甚至不到1美元。

不過就像之前任何一個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑一樣，LED燈泡的降價(jià)指日可待。Roland Haitz早在1999年就預(yù)言了這一點(diǎn)。他加入惠普照明實(shí)驗(yàn)室之后和同事們共同發(fā)布了一份宣言：LED晶片的亮度約每18－24個(gè)月可提升一倍，而往后10年內(nèi)，可以再提升20倍，成本則降到現(xiàn)有的1/10。這一宣言后來被稱為Haitz定律，同摩爾定律齊名。[!--empirenews.page--]

飛利浦預(yù)計(jì)在明年年底可以實(shí)現(xiàn)L Prize燈泡的量產(chǎn)，因?yàn)榈綍r(shí)技術(shù)更加成熟，各方面的成本都會(huì)下降，而且這也將是整個(gè)LED照明市場競賽的開始。

在一段很長的時(shí)間，熒光燈會(huì)和LED燈在家居照明市場上同場競技，但熒光燈的技術(shù)在各方面都已達(dá)到頂峰，很難繼續(xù)突破。除了保持較高的能效轉(zhuǎn)換而導(dǎo)致光色過冷以外，熒光燈更致命的弱點(diǎn)是必須使用汞。這樣一來，那些廢棄的燈泡對(duì)環(huán)境存在極大隱患，各地政府不得不建立起一整套回收機(jī)制。

有一點(diǎn)可以確定，那就是效率低下的鎢絲燈已經(jīng)注定退場。歐盟早在2009年起就下達(dá)禁令，淘汰100瓦以上的傳統(tǒng)燈泡，之后是75瓦、60瓦，到2012年，白熾燈泡將在歐盟國家迎來“世界末日”；美國的日程表比歐盟推遲3年；而在中國，根據(jù)國家發(fā)改委近日公布的白熾燈淘汰路線圖，白熾燈將在2016年10月1日被全面淘汰。

在歐美，已經(jīng)有人趕在禁令出來之前到超市大量購買白熾燈燈泡，還有不少家居設(shè)計(jì)師抗議政府的禁售政策。人類學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)，愛迪生的燈泡之所以成功，是因?yàn)樗鼜谋举|(zhì)上來說是另一種形式的火焰，而廢除白熾燈就好比是要將人類歷史上這第一種光明來源棄之不用一樣。劉燁也經(jīng)常和他的同事們感嘆，無論數(shù)據(jù)指標(biāo)如何接近，任何燈泡其實(shí)都無法做到鎢絲燈那樣光和熱的完美結(jié)合。這或許就是追求效率的代價(jià)。

不過，同熒光燈相比，年輕的LED產(chǎn)業(yè)能夠承載更多未來的可能性。兩年前，LED燈泡的性能還處于白熾燈和熒光燈之間，如今已經(jīng)超越了熒光燈，之后還可能會(huì)有更新的技術(shù)出現(xiàn)。

通過LED開啟的大門，人類即將進(jìn)入新的照明時(shí)代。