未來LED燈具技術趨勢

摘要：LED小巧輕量、驅動電壓低、全彩色、壽命長、效率高、耐振動、易於控光等特性，為設計用於不同場所和目的的照明系統提供了優越條件。人們習慣於看日光下的東西，對於通用照明來說，人們需要的主要是接近太陽光質量的光源，所以白光LED是半導體照明科技的重要指標。

關鍵字：LED,半導體,照明,電源,燈具

　　LED小巧輕量、驅動電壓低、全彩色、壽命長、效率高、耐振動、易於控光等特性，為設計用於不同場所和目的的照明系統提供了優越條件。人們習慣於看日光下的東西，對於通用照明來說，人們需要的主要是接近太陽光質量的光源，所以白光LED是半導體照明科技的重要指標。由於單只LED功率小，光亮度低，不宜單獨使用，為此必須將多個LED組裝在一起設計成為實用的LED照明系統。但目前白光LED與通用照明的要求還有一定的距離，還存在諸多技術與成本問題急需解決。

　　1、半導體照明燈具系統的主要技術概況

　　1)燈具系統的熱量管理

　　一般常稱LED為冷光源，這是因為LED發光原理是電子經過複合直接發出光子，而不需要熱的過程。但由於焦耳熱的存在，LED在發光的同時也有熱量伴隨，而且對於大功率和多個LED應用的場合，熱量積少成多而不能小覷，LED不同於白熾燈、熒光燈等傳統照明光源，過高的溫度會縮短，甚至終止其使用壽命。而且LED是溫度敏感器件，當溫度上升時，其效率急劇下降，所以系統結構設計及散熱技術開發也是LED應用需面對的課題。由於強制空氣冷卻通常在光源中是不可取的，所以隨著輸入電功率的提高，散熱片和其它增強自然對流冷卻的方法就在 LED 燈和光源設計中發揮日益重要的作用。

　　2)提高顯色性

　　目前白光LED普遍使用發藍光LED疊加由藍光激發的發黃光的釔鋁石榴石(YAG)熒光粉，合成為白光。由於其發光光譜中僅含藍、黃這兩個波譜，所以存在色溫偏高、顯色指數偏低的問題，不符合普通照明要求。人眼對色差的敏感性大大高於對光強弱的敏感性，對照明而言，光源的顯色性往往比發光效率更重要。所以加入適量發紅光的熒光粉並能保持較高發光效率是LED白光照明中的一個重要的課題。

　　3)燈具系統的二次光學設計

　　傳統燈具長期以白熾燈、熒光燈光源為參照物來決定燈具的光學和形狀的標準，因此LED燈具系統應考慮摒棄傳統燈具加上LED發光模塊的組裝方式，充分考慮其光學特性，為LED光源專門設計不同的燈具。光學系統設計內容主要包括如下幾個方面：① 根據照明對象、光通量的需求，決定光學系統的形狀、LED的數目和功率的大小;② 將若干個LED發光管組合設計成點光源、環形光源或面光源的「二次光源」，根據組合成的二次光源，計算照明光學系統;③ 構成照明光學系統設計的「二次光源」上的每隻LED管子配光分布控制十分重要。

　　由於LED發出的光束集中，更易於控制，且不需要反射器聚光，有利於減少燈具的深度。例如，利用平面鏡光學系統，可以只用1～2個LED就可照亮很大的表面，而燈具深度很薄;而利用光導技術，LED直接裝於光導管旁，可大大減少光源及其它組件佔用的體積，製成超薄的燈具。

　　4)電源、電路與燈具的集成

　　為LED 設計燈具，需要注意白熾燈和熒光燈燈具設計師很少需要關注的一個問題就是電源。大多數白熾燈直接由交流電線供電，因此不需要電源。熒光燈使用鎮流器來完成電源的功能。但LED需要專門的電源與驅動電路與其配套，在設計燈具的時候應考慮電源與燈具系統集成。

　　半導體照明和太陽能發電的最大特點都是環保、節能、長壽命、安全。太陽能發電和半導體照明相結合完成光電到電光的轉換，是最佳的組合。以太陽電池發電作為電源的自然能利用型獨立半導體照明燈具，節能、環保、長壽命，還省去了相關的電線及配套設施，擁有巨大的市場空間。

　　5)提高系統的可靠性

　　LED光源有人稱它謂長壽燈，作為固體發光器件，其理論壽命在10萬小時以上，其使用壽命遠比傳統光源要長，因此在一些不易更換維護的場合使用，其維護成本可大為降低。但是目前許多實際應用中卻無法看到這項優點，反而給使用者看到的是光衰嚴重，且壽命短，根本用不到一萬小時就壞了，這是因為大家所使用的LED是電子工業界最常使用的指示功能的Ф3～Ф5 mm LED，利用簡單的電子電路加大電流來增加其發光強度，但是LED只獲得了短暫的高亮度，卻失去了LED應有的壽命。因此在半導體照明燈具設計上慎選 LED，應使用大功率LED作為照明設備光源。

　　6)提高光通量、降低價格

　　目前單個1W的LED器件，光通量約為25 lm，質量好的售價要超過5美元，差一些的也要3美元。而25 lm的光通量對於普通照明而言太小了，一隻普通的60W白熾燈的光通量大於700 lm，也就是說，要代替傳統照明需要多個LED器件，還要加上驅動電路、燈殼、燈頭等，如此高的成本是白光LED在普通照明中的最大問題。特別是效率，目前是25～45 lm/W，還有待於進一步提高。

　　2、技術發展趨勢

　　1)摒棄目前LED燈具僅僅是傳統燈具加LED發光模塊的設計方法，要充分考慮LED光學特性，開發LED專用燈具。

　　2)電源及控制電路的設計，電源方面要改變目前普遍使用的電容降壓和阻抗分壓的應用方式，設計出合理的小電流恆流源電路，在驅動電流方面採用時鐘周期調製方式，提高LED燈具的穩定性，同時進一步提高電源的效率。

　　3)在控制電路電路設計方面，要向集中控制，標準模塊化，系統可擴展性三方面發展。

　　4)在目前LED光效和光通量有限的情況下，充分發揮LED色彩多樣性的特點，開發變色LED 燈飾的控制電路。

　　5)發揮LED的優勢，開發LED照明與光伏系統結合的燈具系統。

　　6)開發適合室內照明的集成平板光源系統，發展趨勢是LED照明燈具與建築融為一體。

　　7)開發LED燈具模擬模擬系統，以加快產品開發速度。

　　8)開發太陽能與高亮度LED集成技術，解決太陽能電池系統與LED照明系統的匹配和控制技術。