摘要：介紹了大功率LED應用于商業照明領域的技術進展和產品系列化方面的成果關鍵詞：大功率 LED 商業照明
1 前言
LED尤其是大功率白光LED的誕生是人類照明工程領域一件具有劃時代意義的事件。包括中國在內的很多國家都投入了巨大的人力、物力積極攻關，力求在這項將帶來照明革命、經濟前景無法估量的領域中搶占一席之地。但是，這種努力遇到了很多問題。例如，眾所周知的LED的發光效率問題、散熱問題等等。經過艱苦的技術攻關，香港真明麗集團在2006年成功實現了大功率LED在商業照明領域應用中的技術突破和產品系列化，及時追趕到大功率LED應用于商業照明領域的最前沿。
2 技術進展
2.1 LED光效
LED的發光效率問題一直是困擾其在商業照明領域應用的一個巨大障礙，不過現在這個難題正得到逐步解決。表1給出了2006年各大廠商的1W大功率白光LED技術參數。對表1中的數據做分析，我們有理由相信步入半導體照明時代的基本條件已經具備。
表1 1W大功率白光LED技術參數
億光
愛迪生
香港真明麗
漢城
光通量(lm)
50
4550
48
1000H衰減(%)
8.5
5
5
2
2.2 散熱技術
大功率LED的散熱可以采納的幾種形式：自然散熱、加裝風扇強制散熱、回路熱管技術和半導體制冷等。下面詳細分析各類散熱形式的原理和優缺點。
2.2.1 原理分析
⑴ 自然散熱
從傳熱學角度看，自然散熱利用自然對流和熱輻射作為基本的散熱原理。在自然散熱中，基本思想是借助燈具外壁面、尤其是翅片對周圍空氣的對流散熱和對周圍物體的輻射散熱。這種散熱形式依靠燈具自身的結構形式實現散熱。
⑵ 加裝風扇強制散熱
加裝風扇強制散熱主要利用強制對流（又稱：強迫對流）作為實現散熱的原理。根據傳熱學研究，強制對流傳熱系數比自然對流傳熱系數大一個數量級。
⑶ 回路熱管散熱
回路熱管技術是熱管技術在LED照明領域的一項嘗試。圖1說明了其原理：圖1（原稿無圖）
基本原理：熱量Q從熱源傳給熱管熱端內的傳熱介質，傳熱介質吸收了熱量后迅速蒸發流向熱管的冷端Evaporator，釋放熱量Q冷凝后再依靠管壁內的多孔材料的毛細力重新回到熱端。
⑷ 半導體制冷
半導體致冷器，又稱為溫差電致冷器或熱電致冷器。基本原理是帕爾帖效應：電流流經兩個不同導體的接點處會產生放熱和吸熱現象。放熱或吸熱由電流的大小來決定。
圖2是其制冷原理示意圖：圖2（原稿無圖）
2.2.2 優缺點分析
香港真明麗集團在把大功率LED應用于商業照明領域的過程中對散熱技術做過積極探索，積累了成功的經驗與失敗的教訓，總結出大功率LED散熱技術方 面的一套理論體系。通過對比分析，各類散熱技術各有優勢和不足：
⑴ 自然散熱
由于完全依靠自身的結構實現散熱，散熱成本最低。但是，這種方式對燈具的結構形式要求很高。在這方面香港真明麗集團積累了一定的經驗，以其60W大功率LED路燈為例，散熱完全采用自然散熱，通過燈體結構與傳熱形式的精心設計，LED基板溫度控制在55℃以下，完全達到了LED的正常使用條件。
⑵ 加裝風扇強制散熱
由于借助了強迫對流散熱，LED基板上的熱量可以更迅速地擴散到周圍的環境。但是，這種散熱方式增加了成本；而且風扇的壽命有限，一般3年左右；風扇在運行中有一定噪音。另外，這種散熱方式如果用在戶外燈具上由于防水的要求使用效果會打折扣。
⑶ 回路熱管散熱
與加裝風扇強制散熱相比，回路熱管散熱技術不需要增加額外的控制電路，增加了系統的穩定性。但是，在具體的設計中要考慮燈具的美觀問題，盡量避免熱管暴露在燈具外殼面上。圖3是回路熱管應用于大功率LED燈具散熱的具體示例。從圖上可以看出，回路熱管的散熱部分暴露在燈具外殼面上，很不美觀，影響了燈具整體的品位。圖3（原稿無圖）
⑷ 半導體制冷
在半導體制冷應用于大功率LED散熱方面，香港真明麗集團也做了積極的努力、并積累了使用經驗。半導體制冷具有壽命長、無噪音的優點。但是，對使用條件要求較高。一旦使用方法不恰當，會造成相反的結果。
2.3 光學二次開發
LED燈具的光學二次開發在整個燈具設計的過程中扮演了非常重要的角色，在整個的燈具的整體設計流程中應該是優先考慮的一環。香港真明麗集團在這一方面做了很多有意義的工作，取得了豐碩的成果。下面就LED燈具光學二次開發做簡要說明。
2.3.1 常用的光學軟件
根據筆者的了解，在商業照明領域目前國內常用的光學軟件主要分為兩類：照明工程設計軟件和燈具配光設計軟件。照明工程設計軟件的作用是依據已有的標準化燈具制定一套最佳的使用方案，為用戶提供最好的視覺需求。目前，常見的照明工程設計軟件有DIALux、OxyTech等；燈具配光設計軟件的作用是依據光源的特點以及期望的光學效果設計出相應的光學器件。以LED燈具為例，LED用反光杯和透鏡就是常用的實現期望光學效果的光學器件。目前，做燈具配光設計的常用軟件有ZEMAX、TracePro、ASAP、LightTools等。
2.3.2 光學二次開發中的注意事項
⑴ 光學二次開發在燈具設計中的位置
筆者曾有幸參與燈具的配光設計，根據筆者的理解，燈具設計的合理設計流程如下（在這里不僅僅局限于LED燈具）：
燈具配光設計 → 控制電路設計 → 結構設計
從設計流程可見，燈具配光設計應該要優先處理。
⑵ 光學器件形式的選擇
常見的LED用光學器件形式有反光杯和透鏡，各有優點和局限性，應該根據需要來選擇。相比于反光杯，透鏡對光的損耗要大，而且透鏡還存在色散問題；但是，在處理小角度（例如：光束角20o以下）的配光需求時，反光杯會顯得很笨拙，而透鏡則比較容易。
⑶ 視覺科學研究的納入
照明的最終目的是為人服務，為人類的工作、生活提供一種舒適的視覺效果。因此，對人的視覺科學的研究成果有必要納入燈具的配光設計。但是，不足的是除了個別科研機構開展過這方面的研究，大多企業還暫時沒有做這方面的工作。從長遠看我們有必要做好這項有意義的工作。
3 大功率LED燈具的系列化
大功率LED應用于商業照明是一個新生事物，而至于產品的系列化方面還沒有成熟。目前國外只有少數的大公司（例如：Philips、ERCO等）在做這方面的工作，國內也較少有企業在做這方面的嘗試。香港真明麗集團經過艱苦的努力，在大功率LED燈具的系列化方面取得了一定的成就。下面以香港真明麗集團的大功率LED燈具系列產品為例做說明。
3.1 投、泛光燈系列
目前，LED投光燈與泛光燈的定義我們不做大的區分。其基本用途都是做建筑裝飾照明之用。因為一般都要考慮散熱，目前常見的LED投、泛光燈基本上是選用1W大功率LED。受價格、光效及人們傳統觀念的影響，大功率LED投、泛光燈的應用并不太廣，但這種狀況正在慢慢改變，國內已有很多工程（如珠江兩岸亮化、廈門中山路亮化工程等）應用了大功率LED投光燈。圖4（原稿無圖）為香港真明麗集團開發的大功率LED投光燈與泛光燈。此兩款燈主體部分由高質量鋁合金壓鑄而成；燈罩采用高質量鋼化玻璃,具有良好的透光性和防塵防水性。可廣泛應用于建筑壁面、公園、高尚建筑、停車場等。圖4（原稿無圖）
3.2 商業裝飾照明系列
香港真明麗集團開發了比較齊全的大功率LED商業裝飾照明產品，具體細化有單元燈系列、桿燈系列、柔性管燈系列、嵌燈系列、埋地燈系列、吊燈系列，等等。限于篇幅，不做詳細介紹。除埋地燈主要用于戶外裝飾照明，其它系列產品主要用于戶內裝飾性照明。此類產品可廣泛應用于商場、樣品陳列室、高檔住宅、旅館、辦公樓等等。圖5給出了大功率LED商業裝飾照明產品實際應用的效果。圖5（原稿無圖）
3.3 導光板系列
按照光源的位置劃分，背光模組分為邊光式和直下式兩種。我們這里的導光板系列產品屬于前者。在這種背光模組中LED光源放在整個模組的邊緣，通過中間的光學級壓克力材料將側邊的光線導向正面視線方向，并達到亮度的均勻。 導光板系列產品光學設計是關鍵，通過導光板網點的優化設計實現出光的均勻性是我們的主要目標。
此類產品可以應用于高檔的廣告裝飾、墻面裝飾等。圖6是香港真明麗集團開發的導光板系列產品的實物圖片。圖6（原稿無圖）
3.4 其它
除了以上介紹的產品，大功率LED在商業照明中的應用還有大功率LED路燈、水底燈等。令人欣慰的是香港真明麗集團目前已經研發出這些系列的產品。其中對大功率LED路燈、太陽能大功率LED路燈的詳細介紹筆者曾撰寫論文發表在《照明》與《國際照明與燈飾》，請有興趣的讀者參考相關文獻，在此不再贅述。
4 結束語
本文通過對當前大功率LED在商業照明領域應用中的技術和產品系列化兩方面的最新進展做了詳細介紹，期望能夠把最新的信息傳遞給廣大關注半導體照明事業的人士。作為半導體照明的推動者，我們有責任也有信心與眾多的同行一道為中國和世界的照明事業作出重要的貢獻。 |
