三升高科技-淺談LED在照明亮化中的應用

LED在電子產品指示器中占據主導地位，現在甚至在交通信號燈和剎車燈中的使用超過了白熾燈。這種狀況還僅僅是個開端。要點：

• LED 將最終成為一種主要的關鍵技術，并逐步取代白熾燈等產品。
• 促使人們使用 LED 的最重要因素是它具有較低的長期成本。即使永遠不會降到與白熾燈相當水平，LED 的初始成本也正在快速下降，而其它照明技術的這一成本則維持不變。
• LED 已經大舉打入許多有利可圖的應用領域，如劇院照明。

 
使照明器材行業從黯然衰退中重現輝煌，這可不是件簡單任務。不過，20世紀的確把照明技術等同于白熾燈技術。比較新式的照明器材，如小型熒光燈和高亮度放電燈，繼續在迅速發展，但它們不再處于技術前沿。現在，照明器材的創新大多集中在固態光源上，主要是 LED（發光二極管）。然而，盡管 LED 是占主導地位的指示器，但它們迄今已在專業照明系統中取得了最大成功。幾乎可以肯定的是，還得再過幾年，也許更長時間，才能成熟到取代老式照明燈，擰入大多數燈座。

照明器材行業的某些觀察家至少把造成這種局面的部分責任歸于該成熟行業的垂直整合結構。白熾燈和熒光燈制造商不會從第三方購進其產品的主要元件。而照目前的情況來看，這正好是大多數 LED 燈制造商所面對的局面：主要的電燈制造商都不生產作為 LED 燈核心部件的半導體芯片。（包括參考文獻 1、2 和 3在內的幾個網上術語匯編，對照明術語如“電燈”作了解釋。）
盡管存在著與照明器材行業的結構和商業慣例不相容這種情況，但照明工程師們仍然對 LED 保持著濃厚的興趣，因為在所有電照明器材中，只有固態發光器才是足夠新穎的，可以從技術的飛速進步中不斷獲益，使成本大幅度下降。老式照明技術的成本保持恒定不變，只有固態光源才能顯著降低 COL（照明成本）。

根據某些估計，去年 LED 燈的 COL 已經低于鹵素燈。大約到 2007 年，LED 燈的成本——現在稍低于 27 美元/MlmH（百萬流明小時）——應降低約 75%。價格如此下降將使 LED 燈的 COL 與熒光燈的 7 美元/MlmH 大致相同。這種改善在很大程度上源自光輸出的增強，但即使不考慮光輸出的增加，照明所用的 LED 燈的價格也正在下降。

“照明成本”的含義 這里需要解釋一下照明成本 (COL) 的含義。COL 不僅涉及電燈的初始成本，還涉及電燈所消耗的能源的成本，當電燈無法正常工作時更換電燈所需的勞動成本，以及所需電燈更換的平均頻率。白熾燈的初始成本很低，但它們將電能轉換成光能的效率比較低，而且它們很快就會燒壞。從白熾燈燒毀意義上說，LED燈很難燒壞。它的光輸出的下降速度慢得幾乎難以覺察。計算 LED 的 COL 時一般都假定： LED 燈的光輸出降到一半時， LED 燈的使用壽命就終止。
照明工程師們一般假定典型 LED 燈的壽命是 75000 小時，而普通白熾燈的壽命只有 1000 小時。獲得上述 COL 值的其他假設是：電能成本為 10 美分/kWH（千瓦小時），更換電燈的勞動成本是 15 美元（在工業系統中，這是一個合理的勞動成本值）。COL計算沒有把 TVM（資金的時間價值）考慮在內，而TVM說明美元的購買力隨時間而減少。若 把TVM考慮進去，則多少會加快 LED 在成本上達到與熒光燈相同的速度。

    盡管現在的照明器材市場對價格很敏感，但許多基于 LED 的照明燈現在卻具有令人難以置信的先進技術水平。目前，內含三只 LED 和一個 8 位微處理器的燈是很常見的，不過照明工程師們試圖將這種智能用于有利可圖的照明系統，因為這種照明系統的價格可以比普通照明產品更高。內含微處理器的常常應用于劇院照明等需要可編程能力的場合。可編程能力要求在照明控制器和多盞燈之間進行通信，而且一般還要求每盞燈內都有微處理器或 ASIC的智能芯片。針對這些應用系統，照明工業開發了 DMX512 通信協議。DMX512 可以在以太網物理層上運行。由于以太網在辦公室和工廠已經普及，所以一些照明器材制造商認為 DMX512 與以太網結合順理成章，照明控制功能與其他樓宇控制功能必然共享以太網物理層。

和其它成熟市場一樣，照明市場也是分得很細的。各個細分市場都有不同的要求，需要專門設計的產品。一個局外人也許會很容易地——而且錯誤地——得出一個結論，認為一種產品可滿足多個細分市場的要求。然而，這一結論很可能忽略了各種不同應用系統之間的細微差別。

美國 Color Kinetics 公司提供了如下一份照明細分市場清單：

● 學校、教堂、醫院和公司的建筑照明；
● 飯店、旅游勝地、餐館、游輪和溫泉浴場的迎賓照明；
● 建筑、橋梁、體育場、體育館和機場的市政照明；
● 貿易展覽會、儀式、音樂會和時裝表演的事件照明；
● 視覺商品、店鋪設計、陳列品和化妝品的零售照明；
● 商業性戲劇、電視演播室、電影布景、舞蹈和攝影的舞臺照明；
● 地面、水景、噴泉、游泳池和溫泉的景觀照明；
● 起居室與家庭影院的住宅照明；
● 展覽會、天文館、動物園、水族館和紀念館的陳列品與教學照明；
● 飛機、火車、汽車和輪船環境的運輸照明；
● 雕塑、各種媒體、圖像和表演的美術照明；
● 成像與色彩療法的科技照明。

在這些細分市場中，目前最引人注目的 LED 燈市場就是交通運輸。LED 正在快速地進入汽車剎車燈市場。當汽車急剎車時，LED 剎車燈具有附加的安全余量，因為它們達到最大亮度要比白熾燈快100ms。它的優勢還不止這些；LED 剎車燈要比帶相關透鏡的白熾燈體積小，所以，LED 剎車燈可適當增加行李箱空間。LED 燈也比其它類型的燈更牢固，這使它們更經受得住汽車的顛簸和震動。與白熾燈相比，LED 燈通常還能做成更有創意的款式，成本也更低。此外，LED 在汽車中的應用遠不只是剎車燈， LED在汽車中另外兩個用途是組合儀表照明和車內照明。

基于 LED 的交通信號燈一直在快速地取代白熾燈，因為這種固態光源的能耗成本更低，壽命更長，更換成本更低（當你把勞動成本包括在內時）。即使不考慮因每盞燈使用大量 LED而使可靠性提高這一因素，LED 燈的更換成本大大低于白熾燈。事實上，新型交通信號燈需要多個 LED的時間也許不長 了。自從五年前推出 LED 交通信號燈以來，技術進步已經使每只LED的光輸出增加了約 20 倍。只要再將LED的光輸出增大三分之一，就可以在交通燈設計中只使用一只LED——再加上一個漫散器，使光線似乎不是從一個針尖大的光源，而是從一個較大的光源發出的。