【LED论文】详解LED照明优缺点

前言

近几年兴起的LED灯是照明史上的又一次重大的革新，作为新世纪的全新照明技术，得到了全世界的关注，被誉为人类照明史上第三次革命。因其有与传统照明相比具有的节能以及环保等多项优越性，受到了广大专业人士的青睐与国家政策的大力扶持，这种新型产业技术已经显露出越来越强烈的发展势头。

1LED照明的优势

1.1节能环保

随着全球生态环境日益恶劣、能源危机不断严峻的情况下，合理和节约的利用有限的资源已经迫不及待，势不可挡。这也因此改变了人们的生活观和价值观。中国作为人口大国，耗电量极大，能源危机日益凸显，能源的紧张相应的制约着经济的快速发展，为缓解整个中国全民用电紧张，降低整个能耗，就必须要全民推广绿色照明的使用。伴随着城市乡镇村道路的开发建设，越来越多的节能照明产品需要与之配套投入使用。随着LED照明技术的日趋成熟，城市化进程的加快，绿色、高效、节能、长寿命的LED路灯已经逐步替换传统的高压钠灯。目前，LED照明技术日趋成熟，大功率 LED灯具光效已经超过100lm/W ，城市路灯照明节能改造成为可能。LED作为一种绿色光源，是伴随着社会潮流趋势发展而来，它不仅仅体现的是我们的新型社会环保理念，更是一种人文思想的新型事物。

节能与环保是我国经济发展的两项基本要素。国务院在07年7月下发《关于建立政府强制采购节能产品制度的通知》，当中明确指出各级政府在使用财政资金进行采购活动时，在产品的技术、服务等指标满足采购需求的前提下，要优先采购节能产品，对部分节能效果、性能达到要求的产品实行强制采购。8月，建设部又明令要求，大城市不得在城市主干道大范围使用多光源装饰性庭院灯，景观照明严禁使用强力探照灯、大功率泛光灯、大面积霓虹灯、彩泡等高亮度高耗能灯具。08年1月，财政部，国家发展改革委员会联合发布《高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法》，确保实现“十一五”期间通过财政补贴方式全面推广高效节能照明产品。这些国家政策都有利于LED的产业发展，并且推广LED绿色照明已成为发展趋势。

1.2 寿命长

目前市场上的照明产品数不胜数，各种类别产品参差不齐，从技术和节能环保方面来评估， LED照明产品基本上是独占鳌头。LED照明灯具即半导体照明灯，比白炽灯省电80%，比荧光节能灯省电50%。白炽灯的寿命为1000-2000小时，而LED灯的理论寿命长达10万小时。据中国工程院院士，中科院半导体研究所的资深研究员估算道;“只要目前三分之一的白炽灯被半导体灯所取代，每年就可以为国家节省用电1000亿度，相当于三峡工程一年的发电量。根据十一五”固化，未来我国将开展大节能工程，其中绿色照明、推广高效节能电照明系统将是一个重要内容。

1.3 光线柔和

随诊我国经济的繁荣昌盛和社会的进步，城市的发展越来越迅速，人们对生活水平和生活质量的要求不断提高。城市规划中涌现了一个重要的任务，那就是城市道路照明以及夜景照明健康。城市的夜景繁荣在带来美化城市形象、鼓舞民心、振奋精神的同时，城市的夜景形象也代表着一个城市经济实力的象征。传统的城市照明夜景系统，其所使用的霓虹灯等灯具，不单单在美观上影响了整个城市的夜景景观，而且灯具本身散发出来的极大热量和灯光本身的频闪对于整个城市居民的身心健康造成了一定的伤害。新型的LED绿色照明灯具其内部的供电系统是把市电交流电转换为直流电，再提供给LED光源，LED光源光色柔和，光照度均匀，灯具本身散热量极小，并且不会产生闪烁现象，同时更不会产生紫外线，因此这就避免了像普通照明灯具一样，由于紫外线的缘故，吸引很多的蚊虫围绕，从而保证了城市的干净整洁，保证了城市居民身心的健康发展，对于构建和谐的、绿色的、温馨的城市宜居环境极具推动作用。

1.4 应用市场的灵活性

在市场销售日益成熟的现今，要想成功的销售一个好的产品，除了要确保产品本身所具有的良好品质以及独特的性能之外，同时也需要一个广阔的销售市场，这样才能够带动整个产品所构建的相关产业的不断发展和进步。面对市场瞬间即逝的机遇，光电企业要根据自身的资源和优势，根据客户实际应用过程中的需求为向导，找准市场的定位和切入点，以创新发展为目标，突出自我产品的特色，才能在整个混乱的市场上脱颖而出。

1.5 色温可调

与传统照明相比，LED照明产品的色温可调性成为其最具特色、独树一帜的一个地方。它可以在不同的温度环境、不同的应用场合下，通过硬件或软件的控制，智能的变换色彩。LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像，这样的话，它就可以满足不同客户对个性光环境的需求。当它的色温在3000K以下，光色偏红制造出稳重的气氛，给人带来温暖的感觉。当采用低色温光源照射时，能使红色更加鲜艳。当色温在3000-6000K之间时，显示出清凉的蓝色，人在此色调下没有特别明显的视觉心理效应，但是可以带来爽快的感觉，并且在这种光照条件下对人们的视觉是最有益处的。目前我国大部分学生教室都采用的是普通的荧光灯，而荧光灯灯源的视觉效果较差，当电压不稳定时而使作业面照度发生微妙变化时，可能引起学生视觉工作效率的突然降低。学生们在这种光谱环境下长期学习，大量刺激所带来的视觉疲劳对学生的身心健康有很大的影响。因此若我们要改善这种对学生不利的学习环境，可以在教室内尝试采用中色温的LED照明灯，这样对学生的健康成长有很大的帮助。当色温超过6000K时光色偏蓝，让人兴奋，集中注意力，带给人清冷的感觉，很适合工作区域照明。LED变幻多彩不仅带给人们丰富的视觉的享受，而且能够有益于人们的身心，这在照明领域可谓是一次不同凡响的飞跃。

1.6 安全可靠

众所周知，凡是有灯丝的光源经常会出现炸灯丝的现象，从而会引起相当部分的火灾。热能是火灾、烫伤等的根源，而LED 照明灯具没有传统灯具所谓的灯丝，比一般的卤素灯的发热量降低了50%，大大减少了发生火灾的可能性。普通的荧光外观的都是由玻璃制成，但玻璃易碎，而局部照明大部分表面都是嵌入在天花板上，经常有砸伤人体的可能。像这种机械冲击与振动在现实生活中是时有发生的事情，在科技与室外的灯具中更是屡见不鲜。所以消费者在选择产品的时候，首先考虑的因素是安全第一，也是最重要的因素。LED照明灯具的相关研发设计，能够彻底改善传统普通灯具的不安全因素，做到真正的以人为本，是照明史上成功的质的飞跃。

1.7 灯具效率高

灯具的效率主要是指有效发光率。普通的荧光灯是360度发光的，而在反方向发出的光就没有什么用处，造成了不必要的光源消耗。所以荧光灯通常采用一个白色的灯罩，可以把相当一部分的反向光反射回来。LED日光灯则是120度发光的，所以全部都是有效光。尽管有的时候会觉得120度发光角度有点偏窄，不过在绝大部分场合来讲还是够用的，而且这个发光角度也是可以根据实际应用过程当中的需要来加以调整的，非常的灵动适用。

2LED照明之缺陷

2.1散热问题

市面上畅销的LED灯具，有采用单点的光源，也有采用多点的光源，这些灯具都存在着散热的问题。一般来说，LED灯工作是否稳定，品质好坏，与灯体本身散热至关重要，市场上的高亮度LED灯的散热，常常采用自然散热，效果并不理想。LED光源打造的LED灯具，由LED、散热结构、驱动器、透镜组成，因此散热也是一个重要的部分，如果LED不能很好散热，它的寿命也会受影响。另外，LED内部封装的芯片的尺寸大小对LED的结温也有直接的影响，如果同等功率的情况下，使用小芯片封装的LED灯，结温肯定偏高，进而使量子效率降低。在LED照明市场参差不齐的今天，众多厂家为了追求效益的最大化，往往在光源芯片封装尺寸、灯体散热材料及面积上偷工减料，使得LED灯的散热受到影响，LED结温以及灯体温度飙升。

2.2造价高

LED照明灯具的造价较高，是荧光灯价格的十倍左右，不易于普及推广，其芯片制造的核心技术集中在国外。目前众多公司不断完善自己的研发技术，初步解决了LED的散热问题，但是面对过高的光源价格，面对过重的外壳以及较高的生产运营成本，仍然会阻碍着LED灯全方位市场的推广。

2.3技术不成熟

由于目前国内各个厂商对于LED照明产品的研究并不是很熟练，甚至还处在摸索爬行阶段。因此大量品质差，亮度低，寿命短的LED照明充斥整个市场。大品牌公司技术及研发团队比较成熟，其所生产的LED照明产品能够保证有4万到5万小时的寿命。而许多小公司因其技术及研发团队的薄弱，导致其所生产的LED照明产品可能5千小时都没有，从而间接造成目前LED市场上照明灯具价格相差很大的现状。市面上众多的伪劣产品也就影响了人们对LED照明灯具的认同以及在市场的普及。

2.4照明感悟不足

对照明道路要求感悟不足，科学性点光源配光难点以及对色温在道路照明中的重要性的忽略，容易造成眩光，斑马效应，和在空气污染严重，下雨有雾天气的环境中，造成灯亮而地不亮的现象。

小结

我国是人口大国因此能源消耗量非常巨大，造成能源日益短缺的情势。这种严峻的情势势必给制造业带来强烈的冲击，沉重的能耗费用大大提高了企业的经营成本，在导致电力供应紧张的同时，也污染了我们的生存环境。因此我们要努力号召企业进行节能改造，这不仅是一项利国利民的好方针，并且能够给企业减少不必要的能源开支，真可谓一举两得。

【厦门大学物理与机电学院周珍富、厦门大学物理与机电学院王亚军副教授、陈艳玲 、贾迎春、郭捷、倪斌等人对本文均有贡献】

基金项目：1.福建省产学合作重大项目(2011H6025)、2.福建省科技重点项目(2012H0039)、3.福建省产学合作重大项目(2013H6024).

导师简介：王亚军(1969-)，男，浙江慈溪人，副教授，硕士研究生导师，主要从事新能源、半导体照明方面的研究.

作者简介：周珍富(1987-)，男，福建莆田人，硕士研究生，主要从事半导体照明、LED驱动模块方面的研究.