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LED在室内照明的应用和前景
[2011/8/11 10:53:00]   来源:中国之光网   编辑:zhaomingr   评论0
摘要:半导体发光二极管(LED) 已有40 多年的历史,到上世纪90 年代上半期蓝光LED 出现后,很快就成功地研制出白光LED。白光LED 的问世及其快速发展,受到了有关企业极大的关注,投入了很大的资金,进行了卓有成效的研究,十......

  半导体发光二极管(LED) 已有40 多年的历史,到上世纪90 年代上半期蓝光LED 出现后,很快就成功地研制出白光LED。白光LED 的问世及其快速发展,受到了有关企业极大的关注,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。


  一、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:


  光效迅速提高:到现在,产品的实用光效可达70耀90lm/W。据报道,美国实验室数据达160lm/W,而且还有增加的趋势,预期在未来3耀5 年,实用光效达到150耀200lm/W 是可能的,到那时有可能成为最高效的光源。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;调光方便,可控性强;耐震动,耐气候性良好,寿命长;不含汞,环保性能优;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;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。


  二、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:


  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。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。


  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。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: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;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;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;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;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;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。


  三、LED 在室内照明中的作用


  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。


  走进室内,先做什么,从哪些领域突破,建议考虑以下原则和方向。


  1) 首先应符合《建筑照明设计标准》的规定,包括照度、均匀度、眩光、显色指数要求和相宜的色温,以达到良好的视觉条件和LPD 限值规定。


  2) 应选择场所,试点应用,逐步扩展,循序渐进,总结经验,不断改进,切忌不顾对象,不分析条件,大面积推广。应寻找更能发挥自身优势的场所作为切入点。

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  半导体发光二极管(LED)已有40 多年的历史,到上世纪90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。


  3) 突出节能:当前首要目标是去取代低效的白炽灯,更能发挥优势;第二个目标是取代卤素灯;第三是力求逐步代替紧凑型荧光灯。特别要注意的是:并非LED 都节能,应该是在达到相同照度水平、接近的照明质量条件下进行比较。从这点分析,目前不应以LED去代替高效的三基色直管荧光灯。


  4) 发挥LED 彩色光的优势,在室内用于需要更高装饰要求,或作为景观、标志灯等用途。


  5) 发挥LED快速起动、方便调光的优势,优先应用在要求声、光自控和需要调光或频繁开关灯等场所。


  6) 利用LED定向发光的特点,应用于需要定向照明的部位,如射灯、筒灯等。


  2.适宜应用的场所


  按上述原则,以下场所适宜应用或试用。


  住宅或类似场所的楼梯间、走道装设节能自动开关的灯几乎都是白炽灯,最适宜用LED灯代替,节能效果好,虽只是一个“小灯”,但数量大,全国估计过亿支,其节能效益可观,企业经济效益显著。疏散照明灯、疏散标志灯以及其它标志灯,还有部分备用照明灯(当正常照明采用HID灯时),适宜用LED灯。用LED 代替PAR38(采用反射型白炽灯)这类灯,是十分合适的;进一步研究代替MR16、MR25(采用卤素灯)一类射灯。这些应要求LED有更高显色指数(Ra)和具有暖色表(<3300k)。应用于商场作重点照明的射灯,博展馆类建筑的射灯以及公共建筑的筒灯、射灯等。<>


  宾馆使用白炽灯和卤素灯较多,是应用LED灯的适宜场所。可以应用来取代白炽灯、卤素灯的有:客房需调光的床头灯、床头顶上阅读灯、夜灯、衣柜灯、吧台灯、开门灯、进门过道灯以及卫生间、壁灯、洗浴灯等。局部照明灯,采用安全特低电压(SELV)的检修灯。视觉条件要求不太高的一般建筑的辅助场所,如走道、卫生间;一般用途的库房,风机、水泵房等。


  3.需要研究的应用场所


  装饰要求较高场所(宾馆等)的水晶玻璃吊灯,现在都使用烛形白炽灯,应该研究能达到类似效果的LED 灯取而代之,从色温、光谱和显色性等效果进行研究。需要调光的厅堂、多功能厅及其它类似场所,现在用白炽灯的应研究用LED灯代替。


  4. 目前不具备条件应用LED 灯的场所


  这类场所主要有办公室、教室;商场的一般照明,控制室、各类工业场所(如仪表、电子、纺织、成衣、卷烟车间等)。这类场所照明主要是功能性照明,要求显色性较高,色温相宜、眩光控制较好,均匀性要好,以保证良好的视觉环境,同时要求有很高的照明能效;现在使用三基色直管荧光灯(不小于4 英尺长),其光效高,视觉效果好,目前的LED光源还难以达到这些要求,所以不宜使用,可以研究准备条件,用怎样配光形式的灯具来适应。


  四、未来前景


  LED 光源与照明技术仍在不断发展之中,室内照明空间广阔,未来应用前景是光明的。但是要有更大前进和相应的研究、探索工作,为应用创造条件。努力地方向为:


  进一步提高光效和显色性,研究多种更适应的色温。把半导体学科和照明学科更有机地结合,深入研究适合LED 光源特点的灯具形式和灯具配光系统。进一步降低成本。


  期望在5~10年左右的时间,LED灯在室内功能性照明领域能有更大范围的推广应用。在关注LED光源发展、应用的同时,还应该注意到另一种固体光源———有机半导体发光二极管(OLED)也在悄然崛起,已开始显示更多的优势,或许在未来若干年成为现有光源以及LED光源强有力的竞争者,需要我们更多的关注。

 

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