LED照明：在“碰撞”中前行

LED新燈具已開始出現(xiàn)在零售貨架上，且許多人對于未來幾年LED產(chǎn)業(yè)的成長眼花繚亂。然而，LED照明通往成功的途中不會是一帆風(fēng)順，因為需要克服一些意想不到的困難。

試圖把最新的技術(shù)強(qiáng)加給已經(jīng)發(fā)展了超過百年的基礎(chǔ)設(shè)施并非易事。其中有些問題已經(jīng)或即將得到解決，但是仍存在一些挑戰(zhàn)，其中許多挑戰(zhàn)會給那些已有答案的競爭者帶來機(jī)遇?，F(xiàn)在要面對的幾個潛在的問題是價格、色彩質(zhì)量、熱管理、規(guī)范以及用戶培訓(xùn)。因為很大程度上這些問題并不是技術(shù)問題，因此如果沒有直接面對它們，設(shè)計工程師根本不需要對其有所理解。這些問題是變化的，取決于供應(yīng)方設(shè)計何種新的照明燈泡或定制的LED照明器具。

LED新燈泡

美國政府規(guī)定2012年起將禁售100W以上的白熾燈，小型熒光燈預(yù)期會成為此禁令的最初受益者。但是人們想要知道，僅僅由于小型熒光燈比白熾燈節(jié)能這一經(jīng)濟(jì)利益，消費者沒有完全換用小型熒光燈的原因。

事實上由于各種各樣的原因，很大比例的消費者已經(jīng)拒絕了小型熒光燈，這些原因包括燈光閃爍、色彩渲染、可靠性與成本的對比、較慢的啟動以及對于其所含有的汞元素在環(huán)境方面的擔(dān)憂等。盡管沒有完全消除這些問題，小型熒光燈對這些問題已經(jīng)有所解決，但是在許多消費者看來，小型熒光燈并不是想要的。短期內(nèi)，如果所使用的100W白熾燈燒壞，這些消費者中的許多人會轉(zhuǎn)用鹵素白熾燈。

這就帶來一個問題：LED能進(jìn)入這個空擋并成為消費者可用的選項嗎？目前為止，還沒有商用的LED燈具來取代無處不在的100WA19白熾燈。其原因是至今還不能對輸出為1500lm（100W照明燈管的典型輸出）的LED在A19型因素上進(jìn)行物理層面的被動冷卻。

由于白光LED是非常高效的光源，大約可以將三分之一的輸入功率轉(zhuǎn)換為光，剩余的三分之二功率被轉(zhuǎn)換成LED中的熱量。因此在100lm/W，即大約100W功率必須被連續(xù)而快速地消耗掉。如果這些熱量沒有得到移除，LED燈管會迅速升溫到120℃這一最大工作溫度。

這個問題最終可能會通過LED的發(fā)光效率得到解決。去年，最佳的冷卻白光LED取得了100lm/W的照明效率；今年，若干種白光LED取得了120～130lm/W范圍的照明效率。這一趨勢在可預(yù)見的未來并不會衰減。

隨著LED轉(zhuǎn)換效率的改善，熱管理的改善程度大約是效率的平方。因為對LED供電的總功率在減小，且由輸入功率產(chǎn)生的熱量百分比也減小相應(yīng)的數(shù)量。

LED照明效率的快速改善既是恩惠也是禍根。對此明了的客戶，通常也即早期的采用者，在購買產(chǎn)品之前可能會先等待技術(shù)的成熟，尤其是在當(dāng)前LED高昂的售價面前。目前，75WPAR38LED的售價在40美元左右，對于大部分的消費者而言這是一個高昂的價格，因為他們只要花費少于5美元就能買到小型熒光燈，而買一個白熾燈只需要幾個便士。

不錯，對于LED10?15年的使用壽命而言，40美元是一個合理的價格。但是消費者必須學(xué)會將購買LED作為他們家庭的資本改進(jìn)行為，而不是一直以來的購買燈具這樣的消費行為。難道大部分消費者在這一轉(zhuǎn)換面前都要考慮他們的家庭價值是持平還是仍在下滑嗎？也許根本不會，但是消費者對節(jié)能技術(shù)的興趣會一直增加，因為我們看到大量市場團(tuán)體在講解LED的諸多優(yōu)勢。

避免立即廢棄

LED制造商同樣要面對的問題是，也許在達(dá)到商店櫥窗時他們的新照明燈具已經(jīng)廢棄。隨著SSL的快速改進(jìn)，上市時間至關(guān)重要。盡管實際的設(shè)計時間可以較短，但是從美國保險商實驗所獲取所需的證書，再到能源之星，需要幾個月的時間。

設(shè)計工程師在選取那些可能會花費幾年時間才制造完成的LED時必須保持慎重。因為LED產(chǎn)品采用相同的封裝，LED制造商很容易釋放更高的照明通量。隨著LED芯片技術(shù)的快速發(fā)展，LED封裝技術(shù)也在快速發(fā)展，并且會對LED性能的改進(jìn)具有同樣重要的作用。LED制造商對此極為明了，并且隨之延長了他們產(chǎn)品的生命周期，此外如果可能的話，會使新型LED采用具有先前模型相同的PCB。

色彩質(zhì)量也許是最難解決的問題。業(yè)界對于白光LED色彩可變性的測量和控制已經(jīng)花費了大量時間和資金。對制造商而言，色度貯藏已經(jīng)像OSRAM提供ANSI一樣花費越來越大。但是色彩溫度和緊湊的色度貯藏并不是問題的全部，因為具有相同色度坐標(biāo)的光源可能會具有極不相同的光波長。如果光譜差異過大，在這兩種光源下會產(chǎn)生不同的非白色表面。

通常，對于具有相同色度坐標(biāo)的LED光而言這不是問題，因為它們的光譜非常相近，即對于取代白熾燈而具有相同色彩溫度（隨之是相同的色度坐標(biāo)）的某一LED光而言，這是一個潛在的問題，因為LED光譜與白熾燈光譜具有極大差異。

色彩精煉指數(shù)（CRI，ColorRenderingIndex）是衡量在某一照明光源下某一表面照明的感知顏色與同樣的表面在白熾燈下的感知顏色相近程度的指標(biāo)。CRI為100時表示完美匹配。而CRI在80以上的LED即為良好，但是更具歧視性的消費者或許并不如此認(rèn)為。

OSRAM介紹了他們通過在綠-白LED上增加紅色LED的產(chǎn)品BrilliantMix（見圖1）。當(dāng)紅光與綠-白光混合的時候會產(chǎn)生與白熾燈光譜更加匹配的白光譜，尤其是在紅色LED的光譜末端，因為通常此處常規(guī)的白色LED色度下降。結(jié)果是更高的照明效率和色彩精煉指數(shù)。

LED照明器

短期內(nèi)，LED新燈具是種揮霍，但是長遠(yuǎn)來看對于定制LED照明器而言這是巨大的機(jī)遇，它可以使得100年來電器照明的約束得以避免。

相對于白熾燈和小型熒光燈發(fā)光效率低下的特點，LED具有巨大的優(yōu)勢。相對于傳統(tǒng)的白熾燈和小型熒光燈，LED可能會帶來更復(fù)雜的形式因素，以及更有趣和有用的照明圖案。為了獲取這些優(yōu)勢，那么就要定制LED照明燈具。LED還能提供諸如可調(diào)的色彩溫度、增強(qiáng)的亮度以及智能控制等附加功能。

試著想象一下這種照明燈具，它不但可以調(diào)暗，而且可以選擇想要的色彩溫度。換言之，你可能會想要在房間里增強(qiáng)光線強(qiáng)度，或者增加光線色彩。LED是實現(xiàn)這種照明燈具唯一的一種光譜具有足夠可調(diào)空間的光源。盡管這在技術(shù)上是可行的，但是創(chuàng)造一種能使這些調(diào)整具有直覺性的用戶界面卻充滿挑戰(zhàn)。能設(shè)計出通過簡單控制實現(xiàn)可調(diào)色彩LED燈具的制造商將會具有獨特的競爭優(yōu)勢。

另一個可能性是提高照明級別，尤其是在辦公區(qū)域。人眼在40歲之后開始逐漸失去聚焦能力，甚至那些具有極佳視力的人在40?50歲的時候也要借助眼鏡來幫助提高視力。盡管如此，許多時候，這些人也許在戶外不需要借助眼鏡提高視力，因為人類的眼睛在強(qiáng)度較大的照明條件下會看得更清楚。當(dāng)LED效率達(dá)到150lm/W級別的時候，將辦公照明提高到1000lx是可能的，而不是現(xiàn)有條件下大部分辦公室典型的300lx。

當(dāng)人們開始考慮常規(guī)照明的約束的時候，LED照明的機(jī)會就更多了。典型的家居照明每戶需要大概能承受20A電流的電路。如果所有的天花板照明燈具都換為LED，一個10A（或者還要少幾安培）的LED就足夠為整個房子提供照明。并且由于LED本質(zhì)上是一種低壓器件，設(shè)計工程師可以用幾乎任何電壓實現(xiàn)照明電路。轉(zhuǎn)換到12V或24V直流系統(tǒng)會消除由于屋頂上大量的標(biāo)準(zhǔn)布線帶來的極大的布線成本，尤其是當(dāng)前銅的價格處于高位。

低壓電路還能減少火災(zāi)以及觸電危險，并且能提高光伏/電池系統(tǒng)的效率。自然地，轉(zhuǎn)換到低電壓對新建筑而言更加合理，但對于放棄了尖頂?shù)母脑旖ㄖ瑯涌尚?。然而由于建筑?biāo)準(zhǔn)的缺乏會使得這一進(jìn)展受阻，因為那