摘要：介绍了大功率LED应用于商业照明领域的技术进展和产品系列化方面的成果关键词：大功率 LED 商业照明
1 前言
LED尤其是大功率白光LED的诞生是人类照明工程领域一件具有划时代意义的事件。包括中国在内的很多国家都投入了巨大的人力、物力积极攻关，力求在这项将带来照明革命、经济前景无法估量的领域中抢占一席之地。但是，这种努力遇到了很多问题。例如，众所周知的LED的发光效率问题、散热问题等等。经过艰苦的技术攻关，香港真明丽集团在2006年成功实现了大功率LED在商业照明领域应用中的技术突破和产品系列化，及时追赶到大功率LED应用于商业照明领域的最前沿。
2 技术进展
2.1 LED光效
LED的发光效率问题一直是困扰其在商业照明领域应用的一个巨大障碍，不过现在这个难题正得到逐步解决。表1给出了2006年各大厂商的1W大功率白光LED技术参数。对表1中的数据做分析，我们有理由相信步入半导体照明时代的基本条件已经具备。
表1 1W大功率白光LED技术参数
亿光
爱迪生
香港真明丽
汉城
光通量(lm)
50
4550
48
1000H衰减(%)
8.5
5
5
2
2.2 散热技术
大功率LED的散热可以采纳的几种形式：自然散热、加装风扇强制散热、回路热管技术和半导体制冷等。下面详细分析各类散热形式的原理和优缺点。
2.2.1 原理分析
⑴ 自然散热
从传热学角度看，自然散热利用自然对流和热辐射作为基本的散热原理。在自然散热中，基本思想是借助灯具外壁面、尤其是翅片对周围空气的对流散热和对周围物体的辐射散热。这种散热形式依靠灯具自身的结构形式实现散热。
⑵ 加装风扇强制散热
加装风扇强制散热主要利用强制对流（又称：强迫对流）作为实现散热的原理。根据传热学研究，强制对流传热系数比自然对流传热系数大一个数量级。
⑶ 回路热管散热
回路热管技术是热管技术在LED照明领域的一项尝试。图1说明了其原理：图1（原稿无图）
基本原理：热量Q从热源传给热管热端内的传热介质，传热介质吸收了热量后迅速蒸发流向热管的冷端Evaporator，释放热量Q冷凝后再依靠管壁内的多孔材料的毛细力重新回到热端。
⑷ 半导体制冷
半导体致冷器，又称为温差电致冷器或热电致冷器。基本原理是帕尔帖效应：电流流经两个不同导体的接点处会产生放热和吸热现象。放热或吸热由电流的大小来决定。
图2是其制冷原理示意图：图2（原稿无图）
2.2.2 优缺点分析
香港真明丽集团在把大功率LED应用于商业照明领域的过程中对散热技术做过积极探索，积累了成功的经验与失败的教训，总结出大功率LED散热技术方 面的一套理论体系。通过对比分析，各类散热技术各有优势和不足：
⑴ 自然散热
由于完全依靠自身的结构实现散热，散热成本最低。但是，这种方式对灯具的结构形式要求很高。在这方面香港真明丽集团积累了一定的经验，以其60W大功率LED路灯为例，散热完全采用自然散热，通过灯体结构与传热形式的精心设计，LED基板温度控制在55℃以下，完全达到了LED的正常使用条件。
⑵ 加装风扇强制散热
由于借助了强迫对流散热，LED基板上的热量可以更迅速地扩散到周围的环境。但是，这种散热方式增加了成本；而且风扇的寿命有限，一般3年左右；风扇在运行中有一定噪音。另外，这种散热方式如果用在户外灯具上由于防水的要求使用效果会打折扣。
⑶ 回路热管散热
与加装风扇强制散热相比，回路热管散热技术不需要增加额外的控制电路，增加了系统的稳定性。但是，在具体的设计中要考虑灯具的美观问题，尽量避免热管暴露在灯具外壳面上。图3是回路热管应用于大功率LED灯具散热的具体示例。从图上可以看出，回路热管的散热部分暴露在灯具外壳面上，很不美观，影响了灯具整体的品位。图3（原稿无图）
⑷ 半导体制冷
在半导体制冷应用于大功率LED散热方面，香港真明丽集团也做了积极的努力、并积累了使用经验。半导体制冷具有寿命长、无噪音的优点。但是，对使用条件要求较高。一旦使用方法不恰当，会造成相反的结果。
2.3 光学二次开发
LED灯具的光学二次开发在整个灯具设计的过程中扮演了非常重要的角色，在整个的灯具的整体设计流程中应该是优先考虑的一环。香港真明丽集团在这一方面做了很多有意义的工作，取得了丰硕的成果。下面就LED灯具光学二次开发做简要说明。
2.3.1 常用的光学软件
根据笔者的了解，在商业照明领域目前国内常用的光学软件主要分为两类：照明工程设计软件和灯具配光设计软件。照明工程设计软件的作用是依据已有的标准化灯具制定一套最佳的使用方案，为用户提供最好的视觉需求。目前，常见的照明工程设计软件有DIALux、OxyTech等；灯具配光设计软件的作用是依据光源的特点以及期望的光学效果设计出相应的光学器件。以LED灯具为例，LED用反光杯和透镜就是常用的实现期望光学效果的光学器件。目前，做灯具配光设计的常用软件有ZEMAX、TracePro、ASAP、LightTools等。
2.3.2 光学二次开发中的注意事项
⑴ 光学二次开发在灯具设计中的位置
笔者曾有幸参与灯具的配光设计，根据笔者的理解，灯具设计的合理设计流程如下（在这里不仅仅局限于LED灯具）：
灯具配光设计 → 控制电路设计 → 结构设计
从设计流程可见，灯具配光设计应该要优先处理。
⑵ 光学器件形式的选择
常见的LED用光学器件形式有反光杯和透镜，各有优点和局限性，应该根据需要来选择。相比于反光杯，透镜对光的损耗要大，而且透镜还存在色散问题；但是，在处理小角度（例如：光束角20o以下）的配光需求时，反光杯会显得很笨拙，而透镜则比较容易。
⑶ 视觉科学研究的纳入
照明的最终目的是为人服务，为人类的工作、生活提供一种舒适的视觉效果。因此，对人的视觉科学的研究成果有必要纳入灯具的配光设计。但是，不足的是除了个别科研机构开展过这方面的研究，大多企业还暂时没有做这方面的工作。从长远看我们有必要做好这项有意义的工作。
3 大功率LED灯具的系列化
大功率LED应用于商业照明是一个新生事物，而至于产品的系列化方面还没有成熟。目前国外只有少数的大公司（例如：Philips、ERCO等）在做这方面的工作，国内也较少有企业在做这方面的尝试。香港真明丽集团经过艰苦的努力，在大功率LED灯具的系列化方面取得了一定的成就。下面以香港真明丽集团的大功率LED灯具系列产品为例做说明。
3.1 投、泛光灯系列
目前，LED投光灯与泛光灯的定义我们不做大的区分。其基本用途都是做建筑装饰照明之用。因为一般都要考虑散热，目前常见的LED投、泛光灯基本上是选用1W大功率LED。受价格、光效及人们传统观念的影响，大功率LED投、泛光灯的应用并不太广，但这种状况正在慢慢改变，国内已有很多工程（如珠江两岸亮化、厦门中山路亮化工程等）应用了大功率LED投光灯。图4（原稿无图）为香港真明丽集团开发的大功率LED投光灯与泛光灯。此两款灯主体部分由高质量铝合金压铸而成；灯罩采用高质量钢化玻璃,具有良好的透光性和防尘防水性。可广泛应用于建筑壁面、公园、高尚建筑、停车场等。图4（原稿无图）
3.2 商业装饰照明系列
香港真明丽集团开发了比较齐全的大功率LED商业装饰照明产品，具体细化有单元灯系列、杆灯系列、柔性管灯系列、嵌灯系列、埋地灯系列、吊灯系列，等等。限于篇幅，不做详细介绍。除埋地灯主要用于户外装饰照明，其它系列产品主要用于户内装饰性照明。此类产品可广泛应用于商场、样品陈列室、高档住宅、旅馆、办公楼等等。图5给出了大功率LED商业装饰照明产品实际应用的效果。图5（原稿无图）
3.3 导光板系列
按照光源的位置划分，背光模组分为边光式和直下式两种。我们这里的导光板系列产品属于前者。在这种背光模组中LED光源放在整个模组的边缘，通过中间的光学级压克力材料将侧边的光线导向正面视线方向，并达到亮度的均匀。 导光板系列产品光学设计是关键，通过导光板网点的优化设计实现出光的均匀性是我们的主要目标。
此类产品可以应用于高档的广告装饰、墙面装饰等。图6是香港真明丽集团开发的导光板系列产品的实物图片。图6（原稿无图）
3.4 其它
除了以上介绍的产品，大功率LED在商业照明中的应用还有大功率LED路灯、水底灯等。令人欣慰的是香港真明丽集团目前已经研发出这些系列的产品。其中对大功率LED路灯、太阳能大功率LED路灯的详细介绍笔者曾撰写论文发表在《照明》与《国际照明与灯饰》，请有兴趣的读者参考相关文献，在此不再赘述。
4 结束语
本文通过对当前大功率LED在商业照明领域应用中的技术和产品系列化两方面的最新进展做了详细介绍，期望能够把最新的信息传递给广大关注半导体照明事业的人士。作为半导体照明的推动者，我们有责任也有信心与众多的同行一道为中国和世界的照明事业作出重要的贡献。 |
