照明用 LED 光源 求解五大难题

厦门通士达照明有限公司副总工程师 秦碧芳 (2004.04.09)

    对于一般照明来说,人们需要的主要是接近太阳光的光源,所以白光 LED 俨然成为照明科技的重要指标。但目前白光 LED 与普通照明的要求还有较大距离,还存在诸多问题需要解决。

  首先是光通低、价格高。例如:单个 1W 的 LED 器件,光通量约为 25lm ,质量好的售价要超过 50 元,差的也要 20 元。而 25lm 的光通量对于普通照明而言太小了,一只普通的 60W 白炽灯的光通量大于 700lm ,也就是说,要代替传统照明需要多个 LED 器件,还要加上点灯线路、灯壳、灯头等,如此高的成本是白光 LED 在普通照明中的最大问题。

  二是显色性差。目前白光 LED 普遍使用发蓝光 LED 叠加由蓝光激发的发黄光的钇铝石榴石 (YAG) 荧光粉,合成为白光。由于其发光光谱中仅含蓝、黄这两个主波,所以存在色温偏高、显色指数偏低的问题 ( 也就使被照物体颜色失真 ) ,不符合普通照明要求。人眼对色差的敏感性大大高于对光强弱的敏感性,对照明而言,光源的显色性往往比发光效率更重要。

  三是光衰问题。由于照明用光源对亮度的要求要比显示用光源高,白光 LED 功率要尽可能大,在大电流工作时,随着点燃时间增长, LED 自身光衰加上荧光粉及封装材料的劣化等造成光通下降,照明领域通常将光通下降到初始值的某一百分值定义为灯的有效寿命结束了,所以实际功率型白光 LED 寿命也就大大缩短。

  四是发热问题。由于 LED 芯片的表面面积均为小于 1mm2 ,工作时电流密度大,二极管内发热严重,如果不加以疏导,将使芯片损坏,由于照明要求多个 LED 组合而成, LED 密集度大,长时间发光温升在所难免,所以必须加强散热,使得 LED 光源的体积变大,给灯的外形结构设计增加难度。

  五是光学系统问题。为方便替代原有的白炽灯与荧光灯,在新产品推广的前期应尽可能做到灯头及灯外形尺寸与原有光源有互换性,尽可能利用原有的灯具。由于 LED 灯是多个发光二极管的组合,发光表面既不是均匀的面光源,又不是单纯的点光源,而是多个发光中心的集合,配光曲线与传统的光源不同,使其在许多原有灯具中难以达到最佳照明效果。除此之外,还存在许多其他问题,有待光电子行业与照明行业共同解决。

  虽然目前的白光 LED 相对于普通照明而言,还有一段距离,但随着 “ 国家半导体照明工程 ” 启动,在政府的重视和推动下,科技界和产业界的共同努力下,我们相信在不远的将来,半导体 LED 灯一定可以走进千家万户。