LED在室內照明的應用和前景

　　任元會

　　【摘要】 本文闡述了白光LED的發展和具有的優勢，以及當前在照明領域中應用存在的一些問題，分析了在室內照明應用的原則和領域，估量了未來幾年的應用前景。

　　【關鍵詞】 室內照明 LED 三基色熒光燈 顯色指數 色溫

　　半導體發光二極管(LED)已有四十多年的歷史，到上世紀九十年代上半期研究出現藍光LED后，很快就成功解決了白光LED。白光LED的問世及其快速發展，受到了世界各照明企業的關注，投入了很大的資金，進行了卓有成效的研究，十多年中，使白光LED的光效提高了近十倍，作為一種新型的固體光源(SSL)進入照明領域，成為第二代(氣體放電燈)光源以后的第三代新型光源。

　　1 白光LED的優勢

　　白光LED出現近15年，其發展速度之快，超過人們的預計，好象一個超常發展的少年神童，受到家庭和社會的特別關注和培育。其主要優勢和特點有：

　　(1) 光效迅速提高：到現在，產品的實用光效可達70～90lm/W，據報導，美國實驗室數據達160lm/W，而用還有增加的趨勢，預期在未來3～5年，實用光效達到150～200lm/W是可能的，到那時有可能成為最高效的光源。

　　(2) 起動性能好，快捷可靠，只有毫秒級的響應時間，能達到全光通輸出。

　　(3) 調光方便，可控性強。

　　(4) 耐震動，耐氣候性良好，壽命長。

　　(5) 不含汞，環保性能優。

　　(6) LED在一定光束角內定向輻射，用于射燈、筒燈等燈具時，有利于提高下射光通比。

　　(7) 用于景觀、裝飾、廣告、信號等場合，有多種彩色光LED，加上良好的啟動和調光性能，容易實現數字化控制，以達到多彩、動態變化，在商業性、娛樂性場所極具渲染性。

　　2 白光LED用于室內照明待解決的問題

　　白光LED在照明領域探索前進，在實際應用中不斷提高，已經取得了不少成績，推動了LED照明的發展。LED應用于夜景照明，已經顯示出很大的優越性，但是作為功能性照明，無論在產品或技術上，還遠沒有達到成熟的階段，存在著不少有待進一步解決的問題，當然這也是符合發展規律的，主要問題有：

　　(1) LED芯片主要依賴進口，應用國產芯片很少，大功率(1W及以上)芯片還沒有，芯片缺少自己的技術和知識產權;我國已擁有很大規模的LED封裝產業，具有較優良的裝備，但封裝技術、材料和工藝，還存在一定差距。

　　(2) 缺乏統一的標準，包括LED燈具系統、驅動電路等，一部分企業發揮自己的優勢，研究開發了自己的產品，有些則借鑒或仿制，產品水平良莠不齊，各家產品規模各異，互換性差，維修困難。

　　(3) LED照明燈的測試方法沒有統一，有些參數的測試還待研究，如顯色性的測量和氣體放電燈也不一定相同。

　　(4) LED燈具產品還處于初級階段，技術上不成熟，還存在不少問題，如：

　　1) 散熱問題：如何把結溫有效降低到允許水平，仍在探索和實踐中，溫度控制不好，將影響光效，加光光通衰減，甚至色溫、顯色性的穩定。

　　2) 目前多數LED的色溫偏高，過多的藍色光譜，對于多數室內場所，會使人感覺不舒服，產生刺激感，與環境不夠協調，光線不夠柔和，不利于眼睛保護。

　　3) LED用作室內功能性照明，如何設計燈具的配光和控光系統，也是一個新課題，定向發光的LED不同于現有光源，燈具的反射、漫射、配光，都有自己的特點。

　　4) LED照明的驅動電路：也需要進一步優化和標準化，還需要時日，其性能包括使用壽命、功耗、諧波、功率因數等，都需要探索。

　　(5) 價格過高，是推廣應用的又一障礙，單靠政府補貼，并非發展之良策，用LED代替白熾燈等低效光源，有顯著節能效果，可享受補貼;而相對三基色直管熒光燈這類更高效光源，并沒有節能效果(至少今日是如此)，過高的初建費用，絕沒有經濟上的合理性。

　　(6) LED照明的另一個問題，是缺乏平穩有序的發展態勢。短短幾年，幾千家企業擠入LED照明，有一哄而起的架勢，使人想起大躍進的年代。有一些企業在模仿中制作，低水平重復，靠夸大入市，有的企業和一些媒體融合，過分炒作，夸大節能效果，甚至個別政府官員也取到推波助瀾作用，誤導了使用單位。必須建立一套完整的技術標準和客觀的評價機制，實事求是的輿論導向，引導其健康發展。

　　3 LED在室內照明中的作用

　　3.1 應用的原則和方向

　　室內照明不同于夜景照明，更強調照明的功能;相對道路照明說，則是一個更為廣闊的空間，不同的使用場所，不同的功能，不同的大小場所，不同的裝飾美觀要求，決定了室內照明燈具品種繁多，配光類型各異，當前成百上千企業擁向路燈的局面，應該開闊視野，更換思維，走進室內這個更寬廣的天地。

　　走進室內，先做什么，從哪些領域突破，建議考慮以下原則和方向。

　　(1) 首先應符合《建筑照明設計標準》的規定，包括照度、均勻度、眩光、顯色指數要求和相宜的色溫，以達到良好的視覺條件和LPD限值規定。

　　(2) 應選擇場所，試點應用，逐步擴展，循序漸進，總結經驗，不斷改進，切忌不顧對象，不分析條件，大面積推廣。應尋找更能發揮自身優勢的場所作為切入點。

　　(3) 突出節能：當前首先目標是去取代低效的白熾燈，更能發揮優勢;第二個目標是取代鹵素燈;第三是力求逐步代替緊湊型熒光燈。特別注意：并非LED都節能，應該是在達到相同照度水平、接近的照明質量條件下進行比較;從這點分析，目前不應以LED去代替高效的三基色直管熒光燈。

　　(4) 發揮LED彩色光的優勢，在室內用于需要更高裝飾要求，或作為景觀、標志燈等用途。

　　(5) 發揮LED快速起動、方便調光的優勢，優先用在要求聲、光自控和需要調光或頻繁開關燈等場所。

　　(6) 利用LED定向發光的特點，應用于需要定向照明的部位，如射燈、筒燈等。

　　3.2 適宜應用的場所

　　按上述原則，以下場所適宜應用或試用。

　　(1) 住宅或類似場所的樓梯間、走道裝設節能自熄開關的燈，幾乎都用白熾燈，最適宜用LED代替，節能效果好，雖只是一個小燈，但數量大，全國估計過億支，其節能效益可觀，企業經濟效益顯著。

　　(2) 疏散照明燈、疏散標志燈，以及其他標志燈，還有部分備用照明燈(當正常照明采用HID燈時)，適宜用LED。

　　(3) 用LED代替PAR38(采用反射型白熾燈)這5類燈，是十分合適的;進一步研究代替MR16、MR25(采用鹵素燈)一類射燈;這些應要求LED有更高顯色指數(Ra)和具有暖色表(<3300K)。

　　(4) 應用于商場作重點照明的射燈，博展館類建筑的射燈，以及公共建筑的筒、射燈等。

　　(5) 賓館使用白熾燈和鹵素燈較多，是應用LED燈的適宜場所，可以應用來取代白熾燈、鹵素燈的有：客房需調光的床頭燈、床頭頂上閱讀燈、夜燈、衣柜燈、吧臺燈、開門燈、進門過道燈，以及衛生間洗浴燈等。

　　(6) 局部照明燈，采用安全特低電壓(SELV)的檢修燈。

　　(7) 視覺條件要求不太高的一般建筑的輔助場所，如走道、衛生間，一般用途的庫房，風機、水泵房等。

　　3.3 需要研究應用場所

　　(1) 裝飾要求高的場所(賓館等)的水晶玻璃吊燈，現在都使用燭形白熾燈，應該研究能達到類似效果的LED取代，從色溫、光譜和顯色性等效果進行研究。

　　(2) 需要調光的廳堂、多功能廳及其他類似場所，現在用白熾燈的，應研究用LED代替。

　　3.4 目前不具備條件應用LED的場所

　　(1) 這類場所主要有辦公室、教室，商場的一般照明，控制室、各類工業場所(如儀表、電子、紡織、成衣、卷煙等)。

　　(2) 這類場所照明主要是功能性照明，要求顯色性較高，色溫相宜、眩光控制較好，均勻性好，以保證良好的視覺環境，同時要求有很高的照明能效;現在使用三基色直管熒光燈(不小于4英尺長)，其光效高，視覺效果好，目前的LED還難以達到這些要求，所以不宜使用，可以研究準備條件，用怎樣配光形式的燈具來適應。

　　4 未來前景

　　LED仍在不斷發展之中，室內照明空間廣闊，未來應用前景是光明的。但是要有更大前進和相應的研究、探索工作，為應用創造條件。

　　(1) 進一步提高光效和顯色性，研究多種更適應的色溫。

　　(2) 把半導體學科和照明學科更有機結合，深入研究適合LED特點的燈具形式和燈具配光系統。

　　(3) 進一步降低成本。

　　期望在5～10年左右時間，LED在室內功能照明領域能更大范圍推廣應用。

　　在關注LED發展、應用的同時，還應該注意到另一種固體光源有機半導體發光二極管(OLED)也在悄然崛起，已開始顯示更多的優勢，或許在未來若干年成為現有光源以及LED的強有力競爭者，需要我們更多的關注。

　　[參考文獻]

　　1、《建筑照明設計標準》，GB50034-2004

　　2、國家發改委、科技部等6部委，半導體照明節能產業發展意見

　　3、陳大華，傳統光源和固體光源的綜合評述

　　4、李廣安，電光源發展趨勢和我國策略

　　5、任元會，LED照明的發展和應用

　　2009年11月27日