未來(lái)LED燈具技術(shù)趨勢

LED小巧輕量、驅動(dòng)電壓低、全彩色、壽命長(cháng)、效率高、耐振動(dòng)、易于控光等特性，為設計用于不同場(chǎng)所和目的的照明系統提供了優(yōu)越條件。人們習慣于看日光下的東西，對于通用照明來(lái)說(shuō)，人們需要的主要是接近太陽(yáng)光質(zhì)量的光源，所以白光LED是半導體照明科技的重要指標。由于單只LED功率小，光亮度低，不宜單獨使用，為此必須將多個(gè)LED組裝在一起設計成為實(shí)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(shù)與成本問(wèn)題急需解決。 　　

1、半導體照明燈具系統的主要技術(shù)概況

1）燈具系統的熱量管理

一般常稱(chēng)LED為冷光源，這是因為L(cháng)ED發(fā)光原理是電子經(jīng)過(guò)復合直接發(fā)出光子，而不需要熱的過(guò)程。但由于焦耳熱的存在，LED在發(fā)光的同時(shí)也有熱量伴隨，而且對于大功率和多個(gè)LED應用的場(chǎng)合，熱量積少成多而不能小覷，LED不同于白熾燈、熒光燈等傳統照明光源，過(guò)高的溫度會(huì )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(shí)，其效率急劇下降，所以系統結構設計及散熱技術(shù)開(kāi)發(fā)也是LED應用需面對的課題。由于強制空氣冷卻通常在光源中是不可取的，所以隨著(zhù)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(fā)揮日益重要的作用。

2）提高顯色性

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

3）燈具系統的二次光學(xué)設計

傳統燈具長(cháng)期以白熾燈、熒光燈光源為參照物來(lái)決定燈具的光學(xué)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(fā)光模塊的組裝方式，充分考慮其光學(xué)特性，為LED光源專(zhuān)門(mén)設計不同的燈具。光學(xué)系統設計內容主要包括如下幾個(gè)方面：① 根據照明對象、光通量的需求，決定光學(xué)系統的形狀、LED的數目和功率的大??；② 將若干個(gè)LED發(fā)光管組合設計成點(diǎn)光源、環(huán)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(xué)系統；③ 構成照明光學(xué)系統設計的“二次光源”上的每只LED管子配光分布控制十分重要。

由于LED發(fā)出的光束集中，更易于控制，且不需要反射器聚光，有利于減少燈具的深度。例如，利用平面鏡光學(xué)系統，可以只用1～2個(gè)LED就可照亮很大的表面，而燈具深度很??；而利用光導技術(shù)，LED直接裝于光導管旁，可大大減少光源及其它組件占用的體積，制成超薄的燈具。

4）電源、電路與燈具的集成

為L(cháng)ED 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(guān)注的一個(gè)問(wèn)題就是電源。大多數白熾燈直接由交流電線(xiàn)供電，因此不需要電源。熒光燈使用鎮流器來(lái)完成電源的功能。但LED需要專(zhuān)門(mén)的電源與驅動(dòng)電路與其配套，在設計燈具的時(shí)候應考慮電源與燈具系統集成。

半導體照明和太陽(yáng)能發(fā)電的最大特點(diǎn)都是環(huán)保、節能、長(cháng)壽命、安全。太陽(yáng)能發(fā)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(yáng)電池發(fā)電作為電源的自然能利用型獨立半導體照明燈具，節能、環(huán)保、長(cháng)壽命，還省去了相關(guān)的電線(xiàn)及配套設施，擁有巨大的市場(chǎng)空間。

5）提高系統的可靠性

LED光源有人稱(chēng)它謂長(cháng)壽燈，作為固體發(fā)光器件，其理論壽命在10萬(wàn)小時(shí)以上，其使用壽命遠比傳統光源要長(cháng)，因此在一些不易更換維護的場(chǎng)合使用，其維護成本可大為降低。但是目前許多實(shí)際應用中卻無(wú)法看到這項優(yōu)點(diǎn)，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(wàn)小時(shí)就壞了，這是因為大家所使用的LED是電子工業(yè)界最常使用的指示功能的Ф3～Ф5 mm LED，利用簡(jiǎn)單的電子電路加大電流來(lái)增加其發(fā)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(jià)格

目前單個(gè)1W的LED器件，光通量約為25 lm，質(zhì)量好的售價(jià)要超過(guò)5美元，差一些的也要3美元。而25 lm的光通量對于普通照明而言太小了，一只普通的60W白熾燈的光通量大于700 lm，也就是說(shuō)，要代替傳統照明需要多個(gè)LED器件，還要加上驅動(dòng)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(wèn)題。特別是效率，目前是25～45 lm/W，還有待于進(jìn)一步提高。 　　

2、技術(shù)發(fā)展趨勢

1）摒棄目前LED燈具僅僅是傳統燈具加LED發(fā)光模塊的設計方法，要充分考慮LED光學(xué)特性，開(kāi)發(fā)LED專(zhuān)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恒流源電路，在驅動(dòng)電流方面采用時(shí)鐘周期調制方式，提高LED燈具的穩定性，同時(shí)進(jìn)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(fā)展。

4）在目前LED光效和光通量有限的情況下，充分發(fā)揮LED色彩多樣性的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)變色LED 燈飾的控制電路。

5）發(fā)揮LED的優(yōu)勢，開(kāi)發(fā)LED照明與光伏系統結合的燈具系統。

6）開(kāi)發(fā)適合室內照明的集成平板光源系統，發(fā)展趨勢是LED照明燈具與建筑融為一體。

7）開(kāi)發(fā)LED燈具模擬仿真系統，以加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度。

8）開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能與高亮度LED集成技術(shù)，解決太陽(yáng)能電池系統與LED照明系統的匹配和控制技術(shù)。