半导体照明是更新换代的革命性全新照明,与前面的传统照明相比有很多的优势,当然也有不足之处。应该用历史的和辩证的观点,纵向和横向全面地看待分析,有助于更好地了解LED,让LED照明更好地发展。
半导体照明可分为LED照明、OLED照明及LED激光照明。目前占据绝对主导地位的是蓝光芯片型白光LED照明,OLED照明也有一些产品亮相于许多展览交流会,而LED激光照明在汽车照明中开始显现其技术优势。这里主要涉及主流LED照明技术及相关內容。
LED照明技术原理及特征
作为照明第三个里程碑及第四代光源的蓝光芯片型白光LED,其发光原理是P型半导体中的多数载流子“空穴”和N型半导体中的多数载流子 “电子”,在外加电场作用下电子（还有相对来说的空穴）跨过两者之间PN结势垒进入PN结区及对方区域,在这过程中“空穴”与“电子”复合,释放能量发出蓝光,蓝光出射芯片后被封装层荧光粉吸收,荧光粉转换发出红绿色光,红绿色光与从荧光粉封装层透射出来的蓝光组成红绿蓝三色光在空间各点混和成白光。
LED光源属于固态半导体电子发光,属于一种特殊非线性的正电阻性,这使的它在额定工作点以下不需要稳流器等就可以点亮及正常工作。但它在额定工作点以上过载工作时,正电阻性越来越小,并趋于0电阻,其电压电流关系巨变,导致很小的电源电压波动,将会使电流大增,所以需要俗称的驱动电源来限制和稳定工作电流。光效是LED最重要指标之一,光效从1990年代最初的几Lm/W到2015年的303 Lm/W,其电光转换效率已高达44.4%,也就是说44.4%的电能可转换成可见光能,这是常规白炽灯的30倍,是普通常规荧光灯的4.5倍,约是高档稀土荧光灯及高压钠灯和金卤灯的3倍,其节能效果非常之显著。
此外,由于LED是电子器件,其正常使用寿命非常长,一般大功率LED 寿命5万小时,小功率LED 寿命甚至长达8-10万小时。LED电压低使其组合方便,可与电子驱动电路、控制电路彻底融合,与传统气体放电类光源的控制装置相比,其原理使得驱动电路结构大为优化,可靠性和寿命也大为提高,控制电路和智能化极其方便,真正开启了革命性照明和智能照明的新时代。
没有LED就不可能有真正的智能照明及可见光通讯的发展。此外,LED的光谱虽然存在蓝光峰值,但其覆盖了整个可见光谱,且比传统照明中的三基色荧光灯、节能灯的光谱要连续和平滑得多。但是,LED电压低既是优点,也有不利的方面。
首先,电压低,可组合成各种电压和电流的应用形式,使终端产品规格品种繁多,导致大规模生产难度增加,使生产成本提高,同时使标准化、规范化难度大。
其次,主流LED存在光度和色度空间分布不均匀的固有缺陷,使提升光品质难度加大。
再次,LED发光点小、亮度高等这些对于显示技术来说的优点,在照明中却成为了刺眼、眩光甚至光生物安全的比较突出的缺点。
作者简介
李自力,教授级高级工程师,广东省市场监管局缺陷产品管理中心主持日常工作副主任(广东质检院电器部副部长)。2018年获《中国标准创新贡献三等奖》,牵头制定了11项照明国家标准,作为国际IEC智能照明标准专家组成员参与国际IEC标准制定,参加国家重点研发计划和“863”科研项目评审,并参与全国CCC照明指定实验室核查。
