LED灯技术发展现状及问题分析

LED灯技术发展现状及问题分析

日期：2010-12-18点击次数：614

当今LED灯特点:

大功率LED灯与常规高压钠灯不同的是,大功率LED路灯的光源采用低压直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管,发光二极管(LightEmittingDiode,简写为LED)是基于半导体PN结形成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源,在一定的正向偏置电压和注入电流下,注入P区的空穴和注入N区的电子在扩散至有源区后经辐射复合而发出光子,将电能直接转化为光能。

LED作为灯的光源,它和传统路灯光源比较有许多优点。

1、LED的光源效率目前已达100lm/W,而且还有很大的发展空间,理论值能达到250lm/W。而高压钠灯的发光效率是随功率增加才有所增加,因此,总体光效LED路灯比高压钠灯强;

2、LED灯有独特的二次光学设计,将LED灯的光照射到所需照明的区域,即路面,进一步提高了光照效率,达到节能目的;

3、LED灯本身具有光的指向性,没有光的漫射,保证光效;

4、LED灯的光显色性比高压钠灯高,高压钠灯显色指数只有23左右,而LED路灯显色指数可达到75以上,从视觉心理角度考虑,达到同等亮度,LED 路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低20%以上(参照英国道路照明标准);而且,在中间视觉水平下,人眼在高色温环境里比低色温环境更容易辨别事物,避免了某些危险状态的发生。

5、LED灯的光衰小,一年的光衰不到3%,使用10年仍达到道路

使用照度要求,因此,LED路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低;

6、LED灯可以自动调光,能实现在满足不同时段照明要求,最大可能的降低功率,节省电能;

7、每个单元LED芯片只有很小体积,所以可以制备成各种形状的器件,并且适合于易变、易震的环境;

8、LED可以进行频繁的开关而不用担心其损坏;

9、安装简便：直接将LED灯灯头安装于灯杆替换原有的钠灯灯头;

10、寿命长：理论寿命能使用5万小时以上;

11、LED是低压直流器件,驱动单颗LED的电压为安全电压,所以它是一个比使用高压电源更安全的电源,特别适用于公共场所。直流的特点使LED特别适合与太阳能、风电进行结合;

12、散热控制出色：能将LED结点温度降到70°C以下,随着技术的发展,结点温度还在进一步下降,结点温度越低,理论上LED芯片寿命就越长;

13、质量可靠：电路电源全部采用高质量元器件,每颗LED都有单独过流保护及串并联保护,就算一颗损坏,也不会导致其他LED芯片失效;

14、LED光源不含有害金属汞,不像高压钠灯或金属卤化物灯在报废时对环境造成危害;

最近听到不少专家学者的意见,认为LED作为灯来取代高压钠

灯在技术上还不成熟。主要的理由有以下几点：

1.LED的发光效率无法和高压钠灯相比

2.LED的照射过于集中,其照射的均匀度差

3.LED灯的光衰严重,寿命不长

4.LED灯本身自重过重,不利于安装,防风

5.LED灯造价过高,无法普及

我们根据以上的观点逐一进行分析：

1.发光效率问题

目前来说,LED的发光效率从数字上来看的确不如高压钠灯。LED现在的光效一般在65~75lm/w,而且随着技术的发展,LED 的光效每年都在提高,而高压钠灯可以达到125lm/w。但是,高压钠灯的光谱比较集中于黄色,它的色温比较低,只有2000~2500K,而LED的色温较高,可以达到3500~4500K以上。另外高压钠灯的光线是向四处发射的,有很大一部分光无法到达路面。还有,高压钠灯的显色指数差,只有23左右,感觉昏暗;而LED的显色指数高,可以达到75~80。路面明亮,感觉舒适。所以从实际的发光效果来看,LED反而可以比高压钠灯高出很多。135W 的LED可以取代250W的高压钠灯,或300W的水银灯。135W的LED,其输出光通量大约只有7020流明(经过二次光学设计,会有所损失),到达路面时的流明数仍为6500流明,而路面的平均照度可以达到16Lux(12m高杆)。250W高压钠灯的输出光通量为20,000流明。但到达路面的流明数就只有7000流明。路面的照度大约为30~40Lux,由于显色系数的差别,LED的照度修正系数为2.35倍,高压

钠灯的修正系数为0.94倍。所以135W的LED经过修正以后地面的照度为37.6Lux,而高压钠灯的修正后的照度为28.2~37.6。二者相当。所以,135W的LED可以取代250W的高压钠灯,LED可以节能1.85倍,节能效率约为50%。

2.LED的光衰问题

现在有的商家,为了降低成本,就采用几百只φ5的小功率LED。然而这种小功率的LED的光衰是非常严重的,其光衰至80%的寿命只有1000小时。所以,作为需要长期使用的路灯是绝对不能允许采用这种小功率LED的。作为大功率LED,其光衰就要好很多。

3.照射均匀度问题

的确,如果不进行二次光学设计,LED的照射是比较集中,所以一定要进行二次光学设计,使其光强分布图呈蝙蝠形。

4.LED灯造价过高,无法普及

LED灯是由很多部分组成的,而其中发光最有效的元件是芯片,价格最贵的部分也在芯片。现在的芯片的光效在65~75lm/w,但是各大芯片厂商都在研制更大光效的芯片。试想一下,随着科技的进步,光效一旦发展到很高的水平,那么使用芯片的数量会比现在的少,而且芯片的价格也会同时下降。到那时,LED路灯整体价格也会下降。

5.LED灯的自重问题

LED灯,在和高压钠灯的替换过程中,为了防止LED灯灯头过重,一些LED灯厂家尽可能的在减少LED灯头的自重。从原来的单个灯头约30公斤左右,降到了现在的10多公斤。重量的减轻还有进一步

下降的趋势。

未来LED灯特点:

个人认为,LED灯替换高压钠灯,是今后节能减排的一个趋势。LED灯要发展,我认为在以下几个方面需要注意：

1.提高光通

2.弄好二次光学

3.解决散热

4.模块化

A.LED照明器具进行优化设计,提高LED的使用质量。因此研究大功率LED光源二次光学配光设计,满足大面积投光和泛光照明配光需求尤为迫切。通过二次光学设计技术,设计外加的反射杯与多重光学透镜及非球面出光表面,可以提高器件的取光效率。传统光源照射方向为360°,灯具依靠反射器将大部分光线反射到特定方位,只有40%左右的光是直接透过玻璃罩到达路面的,其他的光是通过灯具反射器再投射出灯具的,灯具的反射器的效率一般仅为50%~60%,所以有60%左右的光输出在灯具内,是在损失了30%~40%后再投射到路面上的。光源光输出的很大一部分被限制在灯具内部发热消耗掉。LED 灯的绝大部分光线都是前射光,可以实现>95%的光效,这是LED区别于其他光源的重要特性之一,如果不能将这一特性很好利用,会使LED 的优势大打折扣。大多数大功率LED灯由于是多个LED芯片拼装,要将这么多光源照到不同方向,我们充分发挥芯片整体封装的特点,采用透镜加以解决,通过光学设计,根据不同需要,配备不同凸面曲线,依