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LED在室内照明的应用与前景

 

半导体发光二极管(LED)已有四十多年的历史，到上世纪九十年代上半期研究出现蓝光LED后，很快就成功解决了白光LED。白光LED的问世及其快速发展，受到了世界各照明企业的关注，投入了很大的资金，进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，作为一种新型的固体光源(SSL)进入照明领域，成为第二代(气体放电灯)光源以后的第三代新型光源。

 

1 白光LED的优势

白光LED出现近15年，其发展速度之快，超过人们的预计，好象一个超常发展的少年"神童"，受到家庭和社会的特别关注和培育。其主要优势和特点有：

(1) 光效迅速提高：到现在，产品的实用光效可达70～90lm/W，据报导，美国实验室数据达160lm/W，而用还有增加的趋势，预期在未来3～5年，实用光效达到150～200lm/W是可能的，到那时有可能成为最高效的光源。

(2) 起动性能好，快捷可靠，只有毫秒级的响应时间，能达到全光通输出。

(3) 调光方便，可控性强。

(4) 耐震动，耐气候性良好，寿命长。

(5) 不含汞，环保性能优。

(6) LED在一定光束角内定向辐射，用于射灯、筒灯等灯具时，有利于提高下射光通比。

(7) 用于景观、装饰、广告、信号等场合，有多种彩色光LED，加上良好的启动和调光性能，容易实现数字化控制，以达到多彩、动态变化，在商业性、娱乐性场所极具渲染性。

2 白光LED用于室内照明待解决的问题

白光LED在照明领域探索前进，在实际应用中不断提高，已经取得了不少成绩，推动了LED照明的发展。LED应用于夜景照明，已经显示出很大的优越性，但是作为功能性照明，无论在产品或技术上，还远没有达到成熟的阶段，存在着不少有待进一步解决的问题，当然这也是符合发展规律的，主要问题有：

(1) LED芯片主要依赖进口，应用国产芯片很少，大功率(1W及以上)芯片还没有，芯片缺少自己的技术和知识产权;我国已拥有很大规模的LED封装产业，具有较优良的装备，但封装技术、材料和工艺，还存在一定差距。

(2) 缺乏统一的标准，包括LED灯具系统、驱动电路等，一部分企业发挥自己的优势，研究开发了自己的产品，有些则借鉴或仿制，产品水平良莠不齐，各家产品规模各异，互换性差，维修困难。

(3) LED照明灯的测试方法没有统一，有些参数的测试还待研究，如显色性的测量和气体放电灯也不一定相同。

(4) LED灯具产品还处于初级阶段，技术上不成熟，还存在不少问题，如：

1) 散热问题：如何把结温有效降低到允许水平，仍在探索和实践中，温度控制不好，将影响光效，加光光通衰减，甚至色温、显色性的稳定。

2) 目前多数LED的色温偏高，过多的蓝色光谱，对于多数室内场所，会使人感觉不舒服，产生刺激感，与环境不够协调，光线不够柔和，不利于眼睛保护。

3) LED用作室内功能性照明，如何设计灯具的配光和控光系统，也是一个新课题，定向发光的LED不同于现有光源，灯具的反射、漫射、配光，都有自己的特点。

4) LED照明的驱动电路：也需要进一步优化和标准化，还需要时日，其性能包括使用寿命、功耗、谐波、功率因数等，都需要探索。

(5) 价格过高，是推广应用的又一障碍，单靠政府补贴，并非发展之良策，用LED代替白炽灯等低效光源，有显著节能效果，可享受补贴;而相对三基色直管荧光灯这类更高效光源，并没有节能效果(至少今日是如此)，过高的初建费用，绝没有经济上的合理性。

(6) LED照明的另一个问题，是缺乏平稳有序的发展态势。短短几年，几千家企业挤入LED照明，有一哄而起的架势，使人想起"大跃进"的年代。有一些企业在模仿中制作，低水平重复，靠夸大入市，有的企业和一些媒体融合，过分炒作，夸大节能效果，甚至个别政府官员也取到推波助澜作用，误导了使用单位。必须建立一套完整的技术标准和客观的评价机制，实事求是的舆论导向，引导其健康发展。

3 LED在室内照明中的作用

3.1 应用的原则和方向

室内照明不同于夜景照明，更强调照明的功能;相对道路照明说，则是一个更为广阔的空间，不同的使用场所，不同的功能，不同的大小场所，不同的装饰美观要求，决定了室内照明灯具品种繁多，配光类型各异，当前成百上千企业拥向路灯的局面，应该开阔视野，更换思维，走进室内这个更宽广的天地。

 

走进室内，先做什么，从哪些领域突破，建议考虑以下原则和方向。

(1) 首先应符合《建筑照明设计标准》的规定，包括照度、均匀度、眩光、显色指数要求和相宜的色温，以达到良好的视觉条件和LPD限值规定。

(2) 应选择场所，试点应用，逐步扩展，循序渐进，总结经验，不断改进，切忌不顾对象，不分析条件，大面积推广。应寻找更能发挥自身优势的场所作为切入点。

(3) 突出节能：当前首先目标是去取代低效的白炽灯，更能发挥优势;第二个目标是取代卤素灯;第三是力求逐步代替紧凑型荧光灯。特别注意：并非LED都节能，应该是在达到相同照度水平、接近的照明质量条件下进行比较;从这点分析，目前不应以LED去代替高效的三基色直管荧光灯。

(4) 发挥LED彩色光的优势，在室内用于需要更高装饰要求，或作为景观、标志灯等用途。

(5) 发挥LED快速起动、方便调光的优势，优先用在要求声、光自控和需要调光或频繁开关灯等场所。

(6) 利用LED定向发光的特点，应用于需要定向照明的部位，如射灯、筒灯等。

3.2 适宜应用的场所

按上述原则，以下场所适宜应用或试用。

(1) 住宅或类似场所的楼梯间、走道装设节能自熄开关的灯，几乎都用白炽灯，最适宜用LED代替，节能效果好，虽只是一个"小灯"，但数量大，全国估计过亿支，其节能效益可观，企业经济效益显著。

(2) 疏散照明灯、疏散标志灯，以及其他标志灯，还有部分备用照明灯(当正常照明采用HID灯时)，适宜用LED。

(3) 用LED代替PAR38(采用反射型白炽灯)这5类灯，是十分合适的;进一步研究代替MR16、MR25(采用卤素灯)一类射灯;这些应要求LED有更高显色指数(Ra)和具有暖色表(<3300K)。

(4) 应用于商场作重点照明的射灯，博展馆类建筑的射灯，以及公共建筑的筒、射灯等。

(5) 宾馆使用白炽灯和卤素灯较多，是应用LED灯的适宜场所，可以应用来取代白炽灯、卤素灯的有：客房需调光的床头灯、床头顶上阅读灯、夜灯、衣柜灯、吧台灯、开门灯、进门过道灯，以及卫生间洗浴灯等。

(6) 局部照明灯，采用安全特低电压(SELV)的检修灯。

(7) 视觉条件要求不太高的一般建筑的辅助场所，如走道、卫生间，一般用途的库房，风机、水泵房等。

3.3 需要研究应用场所

(1) 装饰要求高的场所(宾馆等)的水晶玻璃吊灯，现在都使用烛形白炽灯，应该研究能达到类似效果的LED取代，从色温、光谱和显色性等效果进行研究。

(2) 需要调光的厅堂、多功能厅及其他类似场所，现在用白炽灯的，应研究用LED代替。

3.4 目前不具备条件应用LED的场所

(1) 这类场所主要有办公室、教室，商场的一般照明，控制室、各类工业场所(如仪表、电子、纺织、成衣、卷烟等)。

(2) 这类场所照明主要是功能性照明，要求显色性较高，色温相宜、眩光控制较好，均匀性好，以保证良好的视觉环境，同时要求有很高的照明能效;现在使用三基色直管荧光灯(不小于4英尺长)，其光效高，视觉效果好，目前的LED还难以达到这些要求，所以不宜使用，可以研究准备条件，用怎样配光形式的灯具来适应。

4 未来前景

LED仍在不断发展之中，室内照明空间广阔，未来应用前景是光明的。但是要有更大前进和相应的研究、探索工作，为应用创造条件。

(1) 进一步提高光效和显色性，研究多种更适应的色温。

(2) 把半导体学科和照明学科更有机结合，深入研究适合LED特点的灯具形式和灯具配光系统。

(3) 进一步降低成本。

期望在5～10年左右时间，LED在室内功能照明领域能更大范围推广应用。

在关注LED发展、应用的同时，还应该注意到另一种固体光源--有机半导体发光二极管(OLED)也在悄然崛起，已开始显示更多的优势，或许在未来若干年成为现有光源以及LED的强有力竞争者，需要我们更多的关注。

[参考文献]

1、《建筑照明设计标准》，GB50034-2004

2、国家发改委、科技部等6部委，半导体照明节能产业发展意见

3、陈大华，传统光源和固体光源的综合评述

4、李广安，电光源发展趋势和我国策略

5、任元会，LED照明的发展和应用