低碳經(jīng)濟(jì)下的LED節(jié)能燈應(yīng)用及技術(shù)研發(fā)方向分析_圖文

1、2011年9月第22卷增刊照明工程學(xué)報(bào)ZHAOMING GONGCHENG XUEBAOSep2011Vol.22Supplement低碳經(jīng)濟(jì)下的LED節(jié)能燈應(yīng)用及技術(shù)研發(fā)方向分析孫建國(guó)(南京漢德森科技股份有限公司,江蘇南京211100摘要:在當(dāng)前全球能源短缺的憂慮再度升高,供電日趨緊張的背景下,世界各國(guó)均不約而同地開始了新型照明光源的探索。以發(fā)光二極管(LED為光源的LED節(jié)能燈具憑借節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)逐漸開始占據(jù)市場(chǎng),來(lái)替代白熾燈泡、燈泡型熒光燈等傳統(tǒng)燈泡,近來(lái)更是備受關(guān)注,并且有望在普通家庭中廣泛使用。本文將從LED 節(jié)能燈具應(yīng)用前景及技術(shù)研發(fā)方向上進(jìn)行宏觀和微觀分析,闡述LED節(jié)

2、能燈具研發(fā)的特點(diǎn),研發(fā)中需要解決的主要問題,以便于在室內(nèi)照明領(lǐng)域的應(yīng)用設(shè)計(jì)提供新的思路和突破口。關(guān)鍵詞:低碳經(jīng)濟(jì);LED;節(jié)能燈具;應(yīng)用;技術(shù)方向LED Bulbs Application and Analysis of RD DirectionUnder Low-carbon EconomySun Jianguo(NanJing Handson Co,Ltd,Nanjing211100AbstractThe current whole world shortage of energy the anxiety elevates once again,under the power supply

3、 tense background,various countries as if by prior agreement started the new lighting source exploration day by dayTake the light emitter diode(LEDas the photo source Replace the type of sexual orientation LED bulbs rely on the energy conservation,the environmental protection,the life long character

4、istic to start to occupy the market gradually,Italy substitutes the incandescent lamp bulb,traditional light bulbs and so on light bulb fluorescent lamp,recently receives the attention,and hopefully in ordinary family widespread useThis article will carry on macroscopic and the microscopic analysis

5、from Replace the type of sexual orientation LED bulbs application prospect and in the technical research and development direction, elaborated Replace the type of sexual orientation LED bulbs and lanterns research and developments characteristic,in the research and development needs to attack and ca

6、pture the subject matter,will be advantageous for Replace the type of sexual orientation LED bulbs to provide the new mentality and the breach in the interior lighting domain application designKey words:low carbon economy;LED;bulbs;application;RD direction1引言科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),LED(LightingEmittingDiode即發(fā)光二極管,是一

7、種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件,其被稱為第四代照明光源或綠色光源,它采用固體封裝,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐沖擊、耐振動(dòng);同時(shí),LED光源無(wú)紫外光、紅外光等輻射,且能避免熒光燈管破裂溢出汞的二次污染,具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn),理論上可實(shí)現(xiàn)比白熾燈節(jié)約能耗80%,比熒光燈節(jié)能50%。一位美國(guó)專家曾指出,LED半導(dǎo)體已在電子學(xué)方面完成了一場(chǎng)革命,一股LED照明Vol.22增刊孫建國(guó):低碳經(jīng)濟(jì)下的LED 節(jié)能燈應(yīng)用及技術(shù)研發(fā)方向分析85熱潮席卷全球,掀起了照明行業(yè)“產(chǎn)業(yè)革命”,LED 照明產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)入快速發(fā)展階段,如圖1所示,美國(guó)、日本、韓國(guó)、歐洲等國(guó)家和地區(qū)基于能源效率考量,紛紛制訂了自己的“半導(dǎo)體照明計(jì)劃”

8、,陸續(xù)提出了禁止白織燈的生產(chǎn)與銷售應(yīng)用計(jì)劃,并由政府部門進(jìn)行強(qiáng)制照明節(jié)能推廣,LED 作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品,必然是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)家節(jié)能措施澳大利亞3年內(nèi)將逐步禁用白熾燈泡歐盟2010年,全部使用節(jié)能型照明設(shè)施加拿大宣布到2012年將禁止銷售白熾燈泡美國(guó)包括加州在內(nèi)的部分州,將于2012年禁用白熾燈泡日本到2012年止,停止制造銷售高能耗白熾燈韓國(guó)至2015年將有30%燈泡采用LED 光源中國(guó)未來(lái)十年內(nèi)將禁用白熾燈泡臺(tái)灣2009年淘汰一部分,改用LED 光源照明,2010年起陸續(xù)停產(chǎn)白熾燈圖1各國(guó)家和地區(qū)制訂的“半導(dǎo)體照明計(jì)劃”圖 圖2全球LED 照明市場(chǎng)產(chǎn)值預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)表2008年北京奧

9、運(yùn)會(huì)的成功舉辦,也給了LED 照明集中展示的機(jī)會(huì),使人們對(duì)LED 的概念有了新的認(rèn)識(shí),如圖2所示,全球LED 照明市場(chǎng)產(chǎn)值預(yù)測(cè),LED 室內(nèi)建筑照明占有很大的比例,另?yè)?jù)中國(guó)LED 照明網(wǎng)預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì),在奧運(yùn)的強(qiáng)力帶動(dòng)下,中國(guó)LED 照明市場(chǎng)規(guī)模將從2007年的120億元快速增長(zhǎng)至2010年的250億元,LED 將逐漸進(jìn)入主流照明體系,而目前,我國(guó)照明行業(yè)年產(chǎn)值已達(dá)1000多億元,發(fā)展LED 節(jié)能照明成為全球產(chǎn)業(yè)的焦點(diǎn)。2LED 節(jié)能燈具與傳統(tǒng)燈具相比具有的優(yōu)勢(shì)在室內(nèi)照明領(lǐng)域,主要應(yīng)用的傳統(tǒng)光源一般包括白熾燈、鹵鎢燈、熒光燈、金鹵燈等,這一類光源耗電量大、顏色和控制方式單一,且光源熱輻射大,在某些特

10、殊場(chǎng)所的應(yīng)用受到了一定的局限;LED 光源除了節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、無(wú)輻射、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)之外,在照明領(lǐng)域中,特別是在功能性照明中,還有很多優(yōu)勢(shì),如:低壓供電、恒流驅(qū)動(dòng)、可靠性高;結(jié)構(gòu)牢固、耐沖擊具有固體光源的最大優(yōu)點(diǎn);可控性好響應(yīng)時(shí)間快,無(wú)頻閃,色彩豐富三基色技術(shù);結(jié)構(gòu)封裝形式多種,使LED 燈具能適應(yīng)各種幾何尺寸和不同空間大小的裝飾照明要求,如:點(diǎn)、線、面、球等形式,乃至任意造型的燈具設(shè)計(jì);其在LED 室內(nèi)照明領(lǐng)域應(yīng)用與傳統(tǒng)室內(nèi)照明燈具對(duì)比,具有目前其他燈具無(wú)法比擬的優(yōu)越性,如圖3、圖4所示,在同等使用條件燈具類型數(shù)量傳統(tǒng)燈具功率LED 燈具功率筒燈10025W 6W 吊燈5036W 10W

11、吸頂燈2560W 18W 格柵燈10090W 36W 射燈5040W 5W 合計(jì)32516800W5400W圖3傳統(tǒng)燈具與LED 燈具功率對(duì)比表86照明工程學(xué)報(bào)2011年9月及照明效果的情況下,LED 節(jié)能燈具耗電量只有傳統(tǒng)燈具的三分之一,于是LED 節(jié)能燈具以長(zhǎng)壽和更節(jié)能的性能優(yōu)勢(shì)大大降低了燈具的成本,因此在節(jié)能和節(jié)約成本等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)以及廣闊的發(fā)展前景。名稱傳統(tǒng)燈具功率LED 燈具功率(280天/年,8小時(shí)/天,1元/度4.79117.898節(jié)約成本(萬(wàn)元6.893圖4傳統(tǒng)燈具與LED燈具成本對(duì)比表 圖5小型的LED 射燈或LED 球形燈泡3LED 節(jié)能燈具主要分類當(dāng)前市場(chǎng)上的節(jié)能燈

12、具種類繁多,通?？梢苑譃橄⊥寥o湊型熒光節(jié)能燈、日光型熒光節(jié)能燈,在日常生活中通常使用的是稀土三基色緊湊型熒光節(jié)能燈,一般地,三基色熒光節(jié)能燈主要是按燈管外形來(lái)分類,用英文字母來(lái)象形化地命名,例如:H 、2H 形、U 、2U 、3U 形、2D 形、O 形、T 形和螺旋形等;不同的外形,能適應(yīng)不同的裝配等需求,有的還在燈管外面罩上一個(gè)透明或磨砂的外罩,用于防護(hù)燈管和使光線均勻,而技術(shù)比較先進(jìn)并且更環(huán)保的要算LED 型節(jié)能燈,這里說的LED 節(jié)能燈具主要是指非定向性出光角度,發(fā)光角度大,且可以調(diào)整角度,出光角度可以接近360理想化的用于室內(nèi)照明的LED 光源燈具,如圖5所示,包括一些小型的LE

13、D 射燈和LED 球形燈泡兩大類,主要接口類型有MR16,GU10,E27系列,此外還有E26、E17、E14、E11等類型。顏色為白色或者暖白色,兩者都可用于替換傳統(tǒng)白熾燈。兩者的主要區(qū)別在于,前者發(fā)出的光線是方向性的LED 燈泡,一般發(fā)光角度較小,從10到50不等,后者發(fā)出的光線為發(fā)散性的LED 燈泡,發(fā)光角度較大,通常在100以上,而適合在家庭或辦公場(chǎng)所照明通常是比較大的出光角度,故此,LED 球形燈泡類的節(jié)能燈將有可能成為未來(lái)的照明領(lǐng)域中最具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。此外,按照功率來(lái)分,LED 節(jié)能燈泡可分為:小功率和大功率兩種類型,小功率一般指單顆光源功耗低于1W 以下,其工作電流一般在幾十毫

14、安,所以功率較小,而大功率主要為單顆光源功耗1W 或以上,目前有1W 、3W 、5W 等常用型號(hào)可供選擇;其中,早期也有小功率的LED 射燈、球形燈泡設(shè)計(jì)和生產(chǎn),并已在大規(guī)模使用,但其質(zhì)量和壽命不是很穩(wěn)定,這類產(chǎn)品主要是在國(guó)外的零售商場(chǎng)及網(wǎng)站上進(jìn)行銷售;而大功率的LED 節(jié)能燈為最近2 3年才開始使用和推廣的,總體來(lái)說要比小功率的LED 燈泡效率高、壽命更長(zhǎng),隨著大功率LED 光源的價(jià)格下降,大功率LED 節(jié)能燈泡將會(huì)成為市場(chǎng)主流。4LED 節(jié)能燈具推廣和普及上存在的問題目前,LED 節(jié)能燈具的使用主要集中在美、歐、日等國(guó)家和地區(qū),LED 節(jié)能燈產(chǎn)品在國(guó)際上得到廣泛的響應(yīng),但在我國(guó)的應(yīng)用卻很緩

15、慢,我國(guó)LED 節(jié)能燈具普及率相對(duì)較低,而白熾燈目前每年銷量仍達(dá)20億只左右,中小城市居民白熾燈的使用比例一般在50%以上。雖然LED 節(jié)能燈長(zhǎng)壽、節(jié)能、環(huán)保的性能優(yōu)勢(shì),但現(xiàn)階段的LED 節(jié)能燈產(chǎn)品普及還存在不少需要解決的問題,如:價(jià)格還要降低,市場(chǎng)需要重新定位,質(zhì)量穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步提升等等。4.1價(jià)格偏高,市場(chǎng)難以推廣普及除了國(guó)內(nèi)政策引導(dǎo)與國(guó)民消費(fèi)理念有待提高之外,在市場(chǎng)實(shí)際推廣工作中,產(chǎn)品價(jià)格偏高、技術(shù)尚未完全成熟也是阻礙市場(chǎng)普及的重要因素,在照明、使用壽命等方面很有優(yōu)勢(shì),但是LED 節(jié)能燈相Vol.22增刊孫建國(guó):低碳經(jīng)濟(jì)下的LED節(jié)能燈應(yīng)用及技術(shù)研發(fā)方向分析87對(duì)于其他節(jié)能燈具產(chǎn)品的

16、價(jià)格來(lái)說是比較貴的。從消費(fèi)者分析來(lái)看,主要有兩大類,一類是采購(gòu)商,一類是終端消費(fèi)者,由于LED市場(chǎng)現(xiàn)在的渠道效應(yīng)不明顯。目前LED燈泡的采購(gòu)商沒有明顯的特征,采購(gòu)商主要有分銷商,網(wǎng)上商店,建筑照明工程商以及做節(jié)能系統(tǒng)改造的承包商,無(wú)論是哪類采購(gòu)商,都有可能經(jīng)常會(huì)接到小工程,而做燈飾亮化的采購(gòu)商,主要采購(gòu)LED景觀及戶外亮化的工程類燈具,對(duì)于室內(nèi)功能性照明中LED燈泡的可能性不大。第二類是終端消費(fèi)者,終端消費(fèi)者主要有以零售商店為代表的商業(yè)用戶,和以家庭為代表的個(gè)人用戶,以零售商店為代表的商業(yè)用戶的采購(gòu)傾向于在當(dāng)?shù)赝瓿?具有地方保護(hù)主義特色。另外一方面,目前LED燈泡市場(chǎng)上,不論是生產(chǎn)商、采購(gòu)商還

17、是終端客戶,都不夠?qū)I(yè),大多數(shù)還只是憑經(jīng)驗(yàn)或者外觀等主觀臆斷來(lái)判斷產(chǎn)品質(zhì)量的好壞,在產(chǎn)品外觀雷同的情況下,價(jià)格起主導(dǎo)作用。4.2市場(chǎng)地域化分布不平衡、競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)從供應(yīng)商及產(chǎn)品銷售分析看,市場(chǎng)上LED節(jié)能燈具的生產(chǎn)商和出口商主要集中在日本、中國(guó)臺(tái)灣和大陸,整體上,日本、中國(guó)臺(tái)灣廠商的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝比大陸要先進(jìn)許多,而且日本廠商的銷售手段也比大陸廠商高明一些。日本廠商的新產(chǎn)品推出很多是以切入某個(gè)應(yīng)用市場(chǎng)為目標(biāo)的,針對(duì)性很強(qiáng),憑借其強(qiáng)大的技術(shù)研發(fā)能力迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)廠商LED節(jié)能燈主要存在兩種銷售形式,第一種是公模的LED大功率或者小功率燈泡;第二種是自己開?；蛘叻轮拼蠊镜腖ED燈泡的(如Phi

18、lips、Osram、特別是Philips,前者代表了低檔次產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng),價(jià)格為主要決定因素;后者代表了自行開發(fā)和研制的產(chǎn)品,或者是靠抄襲來(lái)加入競(jìng)爭(zhēng),比較危險(xiǎn),可能涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)的訴訟;另外,沒有發(fā)展固定代理商,而且代理商的實(shí)力不是很強(qiáng);以外貿(mào)的形勢(shì)銷售產(chǎn)品,而推廣渠道主要是靠展會(huì),銷售模式單一,所以,大陸廠商的主要競(jìng)爭(zhēng)是在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì),即人力資源和原材料的的價(jià)格優(yōu)勢(shì),而技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。4.3品牌化競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略意識(shí)薄弱,市場(chǎng)不能拓寬在鹵素?zé)?、白熾燈和傳統(tǒng)節(jié)能燈之間,傳統(tǒng)節(jié)能燈在宣傳上是用來(lái)替換白熾燈和鹵素?zé)?很少看到宣傳LED節(jié)能燈具是用于替換傳統(tǒng)節(jié)能燈的,在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)較好省市有少量宣傳,對(duì)于內(nèi)陸及西部

19、地區(qū),卻寥寥無(wú)幾,人們根本就不知道LED燈具與傳統(tǒng)白熾燈、熒光燈、傳統(tǒng)節(jié)能燈的區(qū)別,更不會(huì)關(guān)注到LED節(jié)能燈的品牌了。對(duì)于一些非照明制造型的企業(yè)雖然也在銷售LED節(jié)能燈具,也有自己的研發(fā)和生產(chǎn)線,但這些公司一般不自行設(shè)計(jì)和開發(fā)產(chǎn)品,多數(shù)為代工工廠,沒有形成自己的自主品牌;其次就是生產(chǎn)通用的產(chǎn)品,使用通用的模具,把價(jià)格做很低。目前來(lái)說,這兩種都有其生存空間,但是長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說,在市場(chǎng)游戲規(guī)則(產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)確定之后,一些小廠將會(huì)出局,LED節(jié)能燈與其他節(jié)能產(chǎn)品或者節(jié)能技術(shù)一樣,在其推廣普及初期都會(huì)在市場(chǎng)遇冷,而最終形成品牌化競(jìng)爭(zhēng)的局面,需要市場(chǎng)與消費(fèi)者有一個(gè)時(shí)間與實(shí)踐的過程。4.4配套電源穩(wěn)定性不夠高,

20、影響產(chǎn)品整體質(zhì)量當(dāng)大家都在宣傳LED的長(zhǎng)壽命時(shí),忽略或避開了另一個(gè)決定LED燈具壽命的關(guān)鍵問題,那就是LED驅(qū)動(dòng)電源的質(zhì)量,其質(zhì)量品質(zhì)的高低,除了要有好的光源保證之外,電源也是影響LED燈具可靠性和適應(yīng)性的一個(gè)重要組成部分,目前我國(guó)的市電是220V的交流電,而LED光源屬半導(dǎo)體光源,與熒光燈的電子鎮(zhèn)流器不同,通常是用直流低電壓供電,需要在這些燈具中或外部設(shè)置AC-DC轉(zhuǎn)換電路,并同時(shí)完成與LED的電壓和電流的匹配,以適應(yīng)LED電流驅(qū)動(dòng)的特征。目前電源選擇的途徑有開關(guān)電源、高頻電源、線性恒流電源等多種,根據(jù)電流穩(wěn)定性,瞬態(tài)過沖以及安全性、可靠性的不同要求作不同選擇。各燈具廠商為了燈具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的整

21、體優(yōu)美,通常設(shè)計(jì)會(huì)把電源與LED燈殼結(jié)構(gòu)緊密設(shè)計(jì)在一起,LED的發(fā)熱與電源的發(fā)熱疊加,這樣電源和LED光源都處在惡劣的工作環(huán)境中,當(dāng)工作環(huán)境的溫度超過一定的溫度時(shí),電源及LED的壽命嚴(yán)重縮短,因此,LED節(jié)能燈出現(xiàn)不能達(dá)到幾萬(wàn)小時(shí)的使用壽命,大多數(shù)原因是因?yàn)殡娫促|(zhì)量或是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不良,而影響產(chǎn)品的整體質(zhì)量。5LED節(jié)能燈具尚待解決的主要技術(shù)及研發(fā)的方向從室內(nèi)照明應(yīng)用來(lái)看,合適的照明效果需要的產(chǎn)品功率范圍如下,LED光源燈具在10W左右功率,熒光燈大多在7 15W功率,節(jié)能型日光燈在20 40W功率,而LED節(jié)能燈具結(jié)構(gòu)要符合替代現(xiàn)88照明工程學(xué)報(bào)2011年9月有傳統(tǒng)燈具的接口方式,還要考慮本身的

22、LED散熱要求,通常有以下幾種方案和思路。從光源選用上可以分為小功率發(fā)光管或大功率發(fā)光管,大功率的發(fā)光管又可以分為單顆或集成封裝的兩種方式,散熱燈體材質(zhì)一般為鋁質(zhì)散熱器。實(shí)踐證明,小功率發(fā)光管具有成本低的優(yōu)勢(shì),但光衰明顯,壽命很低,并且用的數(shù)量太多,生產(chǎn)加工不方便,逐漸被市場(chǎng)所淘汰,而采用集成芯片的LED光源封裝,平均照度值低,出光效率低,中心熱量大并且很集中,往往出現(xiàn)散熱不及時(shí),溫度會(huì)超過LED的內(nèi)部結(jié)溫,導(dǎo)致LED失效;從成本考量及不斷增長(zhǎng)的LED亮度來(lái)說,10 20W符合未來(lái)LED照明光源發(fā)展要求,如果用LED集成設(shè)計(jì)10W 以上的功率,散熱會(huì)很難處理,也是影響成本的重要因數(shù),待光效值達(dá)

23、到150lm/W時(shí),才是LED照明大呼節(jié)能輝煌時(shí)代;另外,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,存在的方案主要是結(jié)構(gòu)整體化設(shè)計(jì),燈罩與散熱器或透鏡各部分之間由螺釘連接或者粘膠粘接,光源及散熱基板部分還填充膠體封死,這種方式使得燈具不易組裝或拆卸,而且當(dāng)其中某個(gè)部件出現(xiàn)問題時(shí)更換不方便或者不能更換,更換的部件也不能再使用,造成浪費(fèi);另外,燈具通過散熱片、鋁基板這方面來(lái)緩減LED產(chǎn)生的熱量,此種條件下需要把溫度控制在LED芯片結(jié)點(diǎn)溫度以下,但如果膠體過厚,熱阻過大,散熱不良,很難以保證LED預(yù)期的使用壽命。在二次配光設(shè)計(jì)上,通用做法,是以燈體散熱器為主體,在燈體上設(shè)有燈罩,在燈體的中心凹面底部設(shè)有光源,出光玻璃或透鏡固定

24、在LED光源上方,由于光線透過透鏡和燈罩的作用,出光效率大大降低了,同時(shí),燈罩或玻璃較薄,容易破碎;如果不對(duì)透鏡進(jìn)行特殊處理,大規(guī)模批量生產(chǎn),還會(huì)有眩光的影響,則必需增加適度成本來(lái)解決此類問題?；谏鲜霈F(xiàn)有技術(shù)研發(fā)特點(diǎn),針對(duì)LED節(jié)能燈具的未來(lái)研發(fā)方向,總結(jié)LED節(jié)能燈具在室內(nèi)照明領(lǐng)域的一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn),以便于推動(dòng)LED節(jié)能燈具節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)施。5.1LED節(jié)能燈具的研發(fā)方向主要有以下幾個(gè)方面產(chǎn)品多樣化、系列化應(yīng)用于商業(yè)照明和家居照明兩大領(lǐng)域的傳統(tǒng)燈具可謂是名目繁多,主導(dǎo)著室內(nèi)照明的方向,而目前應(yīng)用于室內(nèi)照明LED產(chǎn)品主要就是LED杯燈、LED射燈、LED筒燈、LED格柵燈、LED吊燈、

25、LED節(jié)能燈等裝飾性照明燈具,產(chǎn)品系列化,具有通用標(biāo)準(zhǔn)燈頭,可選擇GU、E、MR標(biāo)準(zhǔn)連接燈頭組件,直接引入交流市電或者低壓電源恒流給LED 供電,可直接替換現(xiàn)有鹵素?zé)?、白熾燈、熒光?其他常見的傳統(tǒng)燈具則少見LED光源的應(yīng)用,市場(chǎng)的潛力巨大。產(chǎn)品集成化、智能化大功率LED平面集群封裝,LED采用高可靠的先進(jìn)封裝工藝共晶焊,充分保障LED散熱要求及使用壽命,從根本上滿足了LED燈具結(jié)構(gòu)及造型的任意設(shè)計(jì),極具LED燈具的鮮明特色;由于LED 燈的可控性好,色彩豐富,結(jié)合智能化控制技術(shù),與微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化控制,可以構(gòu)思出各種顏色的照明燈具。因此LED智能化產(chǎn)品能夠提供一系列的整體解決方案,這為室

26、內(nèi)照明的智能化管理提供了有效的渠道。透鏡與燈罩設(shè)計(jì)一體化由于LED光源發(fā)光方向性強(qiáng),可控性好,所以只要通過合理的光學(xué)處理,最大限度的利用其光通量,在照度方面,完全可以達(dá)到功能照明的要求,二次配光技術(shù)使LED點(diǎn)光源擴(kuò)展為面光源,增大發(fā)光面,消除眩光,消除視覺疲勞;透鏡同時(shí)具備聚光與防護(hù)作用,避免了光的重復(fù)浪費(fèi),讓產(chǎn)品更加簡(jiǎn)潔美觀,提高光通量利用率的同時(shí),也最大限度的降低綜合照明成本。LED燈具散熱高效化LED是半導(dǎo)體光電器件,其工作過程中只有15% 25%的電能轉(zhuǎn)換成光能,其余的電能幾乎都轉(zhuǎn)換成熱能,使LED的溫度升高,環(huán)境溫度達(dá)到一定的限度就會(huì)很快產(chǎn)生光衰,長(zhǎng)時(shí)間過高的熱會(huì)都帶來(lái)穩(wěn)定性和使用壽

27、命的問題。因而,可靠的設(shè)計(jì)就需要良好的散熱,未來(lái)燈具散熱方式除了對(duì)本身LED導(dǎo)熱材料的選擇和優(yōu)化之外,還要考慮燈具整體散熱片外表的熱交換方式,對(duì)于自然散熱,燈體四周布置若干散熱翅片效果較好,薄的鋁翅片散熱效果較好,通過將翅片變薄,可以增加翅片數(shù)量進(jìn)而增加散熱面積,還有另外一種方式,可以增加一個(gè)有效的腔體內(nèi)外通風(fēng)散熱通道,散熱效果會(huì)更好。即通過在殼體外表面設(shè)置散熱孔直接與內(nèi)部光源腔體導(dǎo)通,提供有效散熱通道,避免傳統(tǒng)的封閉式結(jié)Vol. 22 增刊 孫建國(guó)： 低碳經(jīng)濟(jì)下的 LED 節(jié)能燈應(yīng)用及技術(shù)研發(fā)方向分析 89 構(gòu)，只靠外部散熱器散熱的局限， 有效解決了 LED 散熱問題，合理提升燈具使用壽命。

28、 只有解決大功 率 LED 的散熱技術(shù)，才能大面積的推廣大功率 LED 節(jié)能燈具的應(yīng)用。 產(chǎn)品從人性化、藝術(shù)化的角度進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì) LED 照明的變革將擴(kuò)展人們的照明觀念， 不同 的光色和亮度對(duì)人的生理和心理能產(chǎn)生不同的影響 ， 人們?cè)诤芏嗲闆r下并不需要很亮的白光， 可能黃光 或其他顏色的光更適合生理和心理的需要 。 三基色 LED 可 以 實(shí) 現(xiàn) 亮 度、 灰 度、 顏 色 的 連 續(xù) 變 換 和 選 擇，使得照明從普遍意義上的白光擴(kuò)展為多種顏色 的光。外形小巧玲瓏， 人性化的照明產(chǎn)品成了人們 的首選，而 LED 體積小，不像傳統(tǒng)光源有玻殼、 易 碎，且光線容易控制， 在燈具外觀的人性化設(shè)計(jì)方

29、 面給了 LED 燈具生產(chǎn)商無(wú)限的發(fā)揮空間，圖 6 為室 內(nèi)照明光源實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)所。 圖6 室內(nèi)照明光源實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)所 5. 2 LED 節(jié)能燈具研發(fā)中需要解決的技術(shù) LED 節(jié)能燈具進(jìn)入照明領(lǐng)域是新生事物， 具有 LED 的光效會(huì)達(dá)到 200 lm / W 左右的理想值， 所以 大功率 LED 燈具作為最被看好的新興照明光源， 其 在 照 明 市 場(chǎng) 的 發(fā) 展 潛 力 值 得 期 待。 國(guó) 際 上， Panasonic、 Toshiba、 Sharp、 Philips、 Osran、 Ge 等 大公 司 都 有 LED 節(jié) 能 燈 產(chǎn) 品， 特 別 是 Philips、 Toshiba、Sha

30、rp 公司基于這種光源的照明燈具， 燈 具效率和配光曲線非常優(yōu)秀。盡管 LED 光源有很多 獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但國(guó)內(nèi) LED 高功率光源廠商在這方面 卻 是 困 難 重 重， 目 前， Nichia、 Osram、 Toyoda Gosei、Cree、Lumileds 等五大公司幾乎控制了整個(gè) 白光 LED 產(chǎn)業(yè)，其專利 “雷區(qū)” 重重，使得想進(jìn)入 這一領(lǐng)域的其他企業(yè)憂慮重重、 望而卻步。 隨著白 光 LED 的廣泛、快速應(yīng)用，以及各大公司在此領(lǐng)域 的大力投入，國(guó)內(nèi)企業(yè)一方面可以尋求自主研發(fā)的 策略，另一方面， 可能通過專利技術(shù)許可方式解決 批量生產(chǎn)問題。 發(fā)展高效率、 高功率因數(shù)、 價(jià)優(yōu)的緊湊型模

31、 塊化 LED 燈具電源 產(chǎn)品質(zhì)量問題關(guān)鍵在于如何做到質(zhì)優(yōu)價(jià)廉 ， 性 能穩(wěn)定。LED 燈具供電簡(jiǎn)便， 既可直流供電， 又可 脈沖交流供電。 目前， 低效率的供電電源， 直接影 響 LED 節(jié)能燈產(chǎn)品的整體性能，節(jié)能效率和壽命嚴(yán) 劃時(shí)代的意義。隨著白光 LED 技術(shù)發(fā)展迅速， 僅從 發(fā)光效率這一指標(biāo)來(lái)看， 已經(jīng)達(dá)到了傳統(tǒng)節(jié)能燈的 兩倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了白熾燈和鹵素?zé)簦?但是由于白光 LED 的成本限制及室內(nèi)照明對(duì)光的質(zhì)量要求很高 ， 白光 LED 還有許多需要改進(jìn)行技術(shù)來(lái)適用 LED 室 內(nèi)照明產(chǎn)品的要求，所以目前室內(nèi) LED 照明產(chǎn)品還 處于市場(chǎng)探索階段； 與任何新技術(shù)一樣， LED 燈還 存在一

32、些急需完善的方面。 研發(fā) LED 高功率光源，提高光源效率 半導(dǎo)體照明 （ LED ） 技術(shù)發(fā)展非常迅速， 目前 120 lm / W 左右， 但距離達(dá)到照明的要求依然差距很大。 單顆大功率 白光 LED 發(fā)光效率已經(jīng)達(dá)到 80 5W 的產(chǎn) 品 基 本 上 都 有 散 熱 瓶 頸， 發(fā) 光 效 率 在 60 lm / W 上下， 而由于制造工藝的原因， 高導(dǎo)熱率的 新型支 架 材 料 及 金 屬 化 制 程， 照 明 領(lǐng) 域 的 大 功 率 LED 封裝的關(guān)鍵技術(shù)是要解決器件散熱的問題， 所 以首先要考慮的是必須選擇具有高熱導(dǎo)率的新型封 裝支架材料，其次是熒光粉制成工藝， 芯片內(nèi)外量 子效率和

33、熒光粉轉(zhuǎn)換效率。 理論上， LED 的內(nèi)外量 子效率 和 熒 光 粉 轉(zhuǎn) 換 效 率 都 可 以 大 幅 提 升， 白 光 90 照明工程學(xué)報(bào) 2011 年 9 月 重縮水。LED 電源屬于開關(guān)電源， 開關(guān)電源的質(zhì)量 與可靠性取決于其電路設(shè)計(jì)， 生產(chǎn)工藝， 及器件的 質(zhì)量。而開關(guān)電源的正常工作壽命要取決于電源所 使用的電解電容的壽命， 電解電容的壽命又取決于 電容本身的壽命及工作溫度。 據(jù)有關(guān)研發(fā)機(jī)構(gòu)測(cè)試 研究統(tǒng)計(jì)，電容溫度 65 時(shí)的壽命只能保證約 8 萬(wàn) 小時(shí)，電容溫度 75 時(shí)的壽命只能保證約 4 萬(wàn)小時(shí)， 電容溫度 85 時(shí)的壽命只能保證約 2 萬(wàn)小時(shí)， 電容 溫度 95 時(shí)的壽命只能

34、保證約 1 萬(wàn)小時(shí)， 從以上的 推算，電解電容溫度每上升 10 ， 壽命將會(huì)減半。 而燈具制造商考慮燈具設(shè)計(jì)的緊湊以求降低重量 ， 要求將電源體積做得小巧并安裝在密閉的空間里 ， 其電源的散熱條件受到限制， 對(duì)于元器件來(lái)說， 尤 其電容的壽命受到嚴(yán)重影響， 因此高的效率， 小的 體積及更好的散熱設(shè)計(jì)是電源面臨的挑戰(zhàn) 。 研究新型 LED 二次配光技術(shù) 隨著半導(dǎo)體領(lǐng)域科研的不斷深入， LED 光源在 實(shí)際應(yīng)用過程中也存在混光、 混色的均勻性、 透光 率、色溫的矛盾問題， 通常出現(xiàn)點(diǎn)狀光斑以及混色 不均勻現(xiàn)象。常規(guī)的做法之一是用藍(lán)光芯片激發(fā)黃 色熒光粉，呈現(xiàn)出的是黃綠色的暖白光， 且顯色指 數(shù)不高

35、，不符合家庭照明的要求； 另一種常規(guī)做法 是采用特定色溫的熒光粉， 其缺點(diǎn)是所用的熒光粉 應(yīng)用范圍狹窄，規(guī)?；a(chǎn)與應(yīng)用范圍的矛盾突出 ； 還有一種做法便是在正白光下覆蓋琥珀色鍍膜 ， 雖 然色溫上能夠符合要求， 但其不可避免地存在影響 光通量的缺點(diǎn)； 此外，由于二次透鏡的選用不合理， 或者不能有效的無(wú)縫配合對(duì)接， 也可能出現(xiàn)眩光等 影響。因此，突破 LED 燈具在二次光學(xué)設(shè)計(jì)方面遇 到技術(shù)難題，有效地控制出光角度和光強(qiáng)分布， 各 種異形透鏡的使用使大功率 LED 由點(diǎn)光源變成發(fā)光 均勻的面光源， 提高混光的均勻性和視覺舒適性 ， 在透光率和色溫上突破半導(dǎo)體發(fā)光二極管應(yīng)用的技 術(shù)壁壘，是目前本行業(yè)技術(shù)人員一個(gè)重要的研究方 向。 6 結(jié)束語(yǔ) 隨著地球資源的日益緊缺， 節(jié)能減排已經(jīng)成為 社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 在照明領(lǐng)域， LED 節(jié)能燈具 有綠色、節(jié)能環(huán)保