通往固態(tài)照明之路的碰撞

　　LED新燈具已開(kāi)始出現在零售貨架上，且許多人對于未來(lái)幾年LED產(chǎn)業(yè)的成長(cháng)眼花繚亂。然而，LED照明通往成功的途中不會(huì )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)強加給已經(jīng)發(fā)展了超過(guò)百年的基礎設施并非易事。其中有些問(wèn)題已經(jīng)或即將得到解決，但是仍存在一些挑戰，其中許多挑戰會(huì )給那些已有答案的競爭者帶來(lái)機遇?，F在要面對的幾個(gè)潛在的問(wèn)題是價(jià)格、色彩質(zhì)量、熱管理、規范以及用戶(hù)培訓。因為很大程度上這些問(wèn)題并不是技術(shù)問(wèn)題，因此如果沒(méi)有直接面對它們，設計工程師根本不需要對其有所理解。這些問(wèn)題是變化的，取決于供應方設計何種新的照明燈泡或定制的LED照明器具。

　　LED新燈泡

　　美國政府規定2012年起將禁售100W以上的白熾燈，小型熒光燈預期會(huì )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能這一經(jīng)濟利益，消費者沒(méi)有完全換用小型熒光燈的原因。

　　事實(shí)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(dòng)以及對于其所含有的汞元素在環(huán)境方面的擔憂(yōu)等。盡管沒(méi)有完全消除這些問(wèn)題，小型熒光燈對這些問(wèn)題已經(jīng)有所解決，但是在許多消費者看來(lái)，小型熒光燈并不是想要的。短期內，如果所使用的100W白熾燈燒壞，這些消費者中的許多人會(huì )轉用鹵素白熾燈。

　　這就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題：LED能進(jìn)入這個(gè)空擋并成為消費者可用的選項嗎？目前為止，還沒(méi)有商用的LED燈具來(lái)取代無(wú)處不在的100W A19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A(yíng)19型因素上進(jìn)行物理層面的被動(dòng)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換為光，剩余的三分之二功率被轉換成LED中的熱量。因此在100lm/W，即大約100W功率必須被連續而快速地消耗掉。如果這些熱量沒(méi)有得到移除，LED燈管會(huì )迅速升溫到120℃這一最大工作溫度。

　　這個(gè)問(wèn)題最終可能會(huì )通過(guò)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。這一趨勢在可預見(jiàn)的未來(lái)并不會(huì )衰減。

　　隨著(zhù)LED轉換效率的改善，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的數量。

　　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(hù)，通常也即早期的采用者，在購買(mǎi)產(chǎn)品之前可能會(huì )先等待技術(shù)的成熟，尤其是在當前LED高昂的售價(jià)面前。目前，75W PAR38 LED的售價(jià)在40美元左右，對于大部分的消費者而言這是一個(gè)高昂的價(jià)格，因為他們只要花費少于5美元就能買(mǎi)到小型熒光燈，而買(mǎi)一個(gè)白熾燈只需要幾個(gè)便士。

　　不錯，對于LED 10?15年的使用壽命而言，40美元是一個(gè)合理的價(jià)格。但是消費者必須學(xué)會(huì )將購買(mǎi)LED作為他們家庭的資本改進(jìn)行為，而不是一直以來(lái)的購買(mǎi)燈具這樣的消費行為。難道大部分消費者在這一轉換面前都要考慮他們的家庭價(jià)值是持平還是仍在下滑嗎？也許根本不會(huì )，但是消費者對節能技術(shù)的興趣會(huì )一直增加，因為我們看到大量市場(chǎng)團體在講解LED的諸多優(yōu)勢。

　　避免立即廢棄

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

　　設計工程師在選取那些可能會(huì )花費幾年時(shí)間才制造完成的LED時(shí)必須保持慎重。因為L(cháng)ED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(zhù)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(huì )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(cháng)了他們產(chǎn)品的生命周期，此外如果可能的話(huà)，會(huì )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(wèn)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(shí)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(lái)越大。但是色彩溫度和緊湊的色度貯藏并不是問(wèn)題的全部，因為具有相同色度坐標的光源可能會(huì )具有極不相同的光波長(cháng)。如果光譜差異過(guò)大，在這兩種光源下會(huì )產(chǎn)生不同的非白色表面。

　　通常，對于具有相同色度坐標的LED光而言這不是問(wèn)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）的某一LED光而言，這是一個(gè)潛在的問(wèn)題，因為L(cháng)ED光譜與白熾燈光譜具有極大差異。

　　色彩精煉指數（CRI，Color Rendering Index）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。CRI為100時(shí)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為。

　　OSRAM介紹了他們通過(guò)在綠-白LED上增加紅色LED的產(chǎn)品Brilliant Mix（見(jiàn)圖1）。當紅光與綠-白光混合的時(shí)候會(huì )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，因為通常此處常規的白色LED色度下降。結果是更高的照明效率和色彩精煉指數。

　　圖1 通過(guò)在綠-白LED上增加紅色LED，OSRAM的Brilliant Mix與白熾燈光譜更匹配

　　LED照明器

　　短期內，LED新燈具是種揮霍，但是長(cháng)遠來(lái)看對于定制LED照明器而言這是巨大的機遇，它可以使得100年來(lái)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(diǎn)，LED具有巨大的優(yōu)勢。相對于傳統的白熾燈和小型熒光燈，LED可能會(huì )帶來(lái)更復雜的形式因素，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還能提供諸如可調的色彩溫度、增強的亮度以及智能控制等附加功能。

　　試著(zhù)想象一下這種照明燈具，它不但可以調暗，而且可以選擇想要的色彩溫度。換言之，你可能會(huì )想要在房間里增強光線(xiàn)強度，或者增加光線(xiàn)色彩。LED是實(shí)現這種照明燈具唯一的一種光譜具有足夠可調空間的光源。盡管這在技術(shù)上是可行的，但是創(chuàng )造一種能使這些調整具有直覺(jué)性的用戶(hù)界面卻充滿(mǎn)挑戰。能設計出通過(guò)簡(jiǎn)單控制實(shí)現可調色彩LED燈具的制造商將會(huì )具有獨特的競爭優(yōu)勢。

　　另一個(gè)可能性是提高照明級別，尤其是在辦公區域。人眼在40歲之后開(kāi)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(shí)候也要借助眼鏡來(lái)幫助提高視力。盡管如此，許多時(shí)候，這些人也許在戶(hù)外不需要借助眼鏡提高視力，因為人類(lèi)的眼睛在強度較大的照明條件下會(huì )看得更清楚。當LED效率達到150lm/W級別的時(shí)候，將辦公照明提高到1000lx是可能的，而不是現有條件下大部分辦公室典型的300lx。

　　當人們開(kāi)始考慮常規照明的約束的時(shí)候，LED照明的機會(huì )就更多了。典型的家居照明每戶(hù)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L(cháng)ED，一個(gè)10A（或者還要少幾安培）的LED就足夠為整個(gè)房子提供照明。并且由于LED本質(zhì)上是一種低壓器件，設計工程師可以用幾乎任何電壓實(shí)現照明電路。轉換到12V或24V直流系統會(huì )消除由于屋頂上大量的標準布線(xiàn)帶來(lái)的極大的布線(xiàn)成本，尤其是當前銅的價(jià)格處于高位。

　　低壓電路還能減少火災以及觸電危險，并且能提高光伏/電池系統的效率。自然地，轉換到低電壓對新建筑而言更加合理，但對于放棄了尖頂的改造建筑同樣可行。然而由于建筑標準的缺乏會(huì )使得這一進(jìn)展受阻，因為那些還需要一些學(xué)習過(guò)程的電工要來(lái)做這些安裝工作。

　　長(cháng)期的問(wèn)題

　　LED照明器設計者所面臨的其他特定挑戰是由于LED的最重要優(yōu)點(diǎn)之一—長(cháng)壽命。首先，LED照明燈具的其他部件必須具有與其相當的壽命，即在50 000到70 000小時(shí)量級。LED驅動(dòng)器尤其要設