淺談LED在照明亮化中的應(yīng)用

LED在電子產(chǎn)品指示器中占據(jù)主導(dǎo)地位，現(xiàn)在甚至在交通信號(hào)燈和剎車燈中的使用超過了白熾燈。這種狀況還僅僅是個(gè)開端。要點(diǎn)：

• LED 將最終成為一種主要的關(guān)鍵技術(shù)，并逐步取代白熾燈等產(chǎn)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(yuǎn)不會(huì)降到與白熾燈相當(dāng)水平，LED 的初始成本也正在快速下降，而其它照明技術(shù)的這一成本則維持不變。
• LED 已經(jīng)大舉打入許多有利可圖的應(yīng)用領(lǐng)域，如劇院照明。

 
使照明器材行業(yè)從黯然衰退中重現(xiàn)輝煌，這可不是件簡(jiǎn)單任務(wù)。不過，20世紀(jì)的確把照明技術(shù)等同于白熾燈技術(shù)。比較新式的照明器材，如小型熒光燈和高亮度放電燈，繼續(xù)在迅速發(fā)展，但它們不再處于技術(shù)前沿?，F(xiàn)在，照明器材的創(chuàng)新大多集中在固態(tài)光源上，主要是 LED（發(fā)光二極管）。然而，盡管 LED 是占主導(dǎo)地位的指示器，但它們迄今已在專業(yè)照明系統(tǒng)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(shí)間，才能成熟到取代老式照明燈，擰入大多數(shù)燈座。

照明器材行業(yè)的某些觀察家至少把造成這種局面的部分責(zé)任歸于該成熟行業(yè)的垂直整合結(jié)構(gòu)。白熾燈和熒光燈制造商不會(huì)從第三方購進(jìn)其產(chǎn)品的主要元件。而照目前的情況來看，這正好是大多數(shù) LED 燈制造商所面對(duì)的局面：主要的電燈制造商都不生產(chǎn)作為 LED 燈核心部件的半導(dǎo)體芯片。（包括參考文獻(xiàn) 1、2 和 3在內(nèi)的幾個(gè)網(wǎng)上術(shù)語匯編，對(duì)照明術(shù)語如“電燈”作了解釋。）
盡管存在著與照明器材行業(yè)的結(jié)構(gòu)和商業(yè)慣例不相容這種情況，但照明工程師們?nèi)匀粚?duì) LED 保持著濃厚的興趣，因?yàn)樵谒须娬彰髌鞑闹校挥泄虘B(tài)發(fā)光器才是足夠新穎的，可以從技術(shù)的飛速進(jìn)步中不斷獲益，使成本大幅度下降。老式照明技術(shù)的成本保持恒定不變，只有固態(tài)光源才能顯著降低 COL（照明成本）。

根據(jù)某些估計(jì)，去年 LED 燈的 COL 已經(jīng)低于鹵素?zé)?。大約到 2007 年，LED 燈的成本——現(xiàn)在稍低于 27 美元/MlmH（百萬流明小時(shí)）——應(yīng)降低約 75%。價(jià)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(qiáng)，但即使不考慮光輸出的增加，照明所用的 LED 燈的價(jià)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(dāng)電燈無法正常工作時(shí)更換電燈所需的勞動(dòng)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(zhuǎn)換成光能的效率比較低，而且它們很快就會(huì)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(jì)算 LED 的 COL 時(shí)一般都假定： LED 燈的光輸出降到一半時(shí)， 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(shí)，而普通白熾燈的壽命只有 1000 小時(shí)。獲得上述 COL 值的其他假設(shè)是：電能成本為 10 美分/kWH（千瓦小時(shí)），更換電燈的勞動(dòng)成本是 15 美元（在工業(yè)系統(tǒng)中，這是一個(gè)合理的勞動(dòng)成本值）。COL計(jì)算沒有把 TVM（資金的時(shí)間價(jià)值）考慮在內(nèi)，而TVM說明美元的購買力隨時(shí)間而減少。若 把TVM考慮進(jìn)去，則多少會(huì)加快 LED 在成本上達(dá)到與熒光燈相同的速度。

    盡管現(xiàn)在的照明器材市場(chǎng)對(duì)價(jià)格很敏感，但許多基于 LED 的照明燈現(xiàn)在卻具有令人難以置信的先進(jìn)技術(shù)水平。目前，內(nèi)含三只 LED 和一個(gè) 8 位微處理器的燈是很常見的，不過照明工程師們?cè)噲D將這種智能用于有利可圖的照明系統(tǒng)，因?yàn)檫@種照明系統(tǒng)的價(jià)格可以比普通照明產(chǎn)品更高。內(nèi)含微處理器的常常應(yīng)用于劇院照明等需要可編程能力的場(chǎng)合?？删幊棠芰σ笤谡彰骺刂破骱投啾K燈之間進(jìn)行通信，而且一般還要求每盞燈內(nèi)都有微處理器或 ASIC的智能芯片。針對(duì)這些應(yīng)用系統(tǒng)，照明工業(yè)開發(fā)了 DMX512 通信協(xié)議。DMX512 可以在以太網(wǎng)物理層上運(yùn)行。由于以太網(wǎng)在辦公室和工廠已經(jīng)普及，所以一些照明器材制造商認(rèn)為 DMX512 與以太網(wǎng)結(jié)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(wǎng)物理層。

和其它成熟市場(chǎng)一樣，照明市場(chǎng)也是分得很細(xì)的。各個(gè)細(xì)分市場(chǎng)都有不同的要求，需要專門設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。一個(gè)局外人也許會(huì)很容易地——而且錯(cuò)誤地——得出一個(gè)結(jié)論，認(rèn)為一種產(chǎn)品可滿足多個(gè)細(xì)分市場(chǎng)的要求。然而，這一結(jié)論很可能忽略了各種不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的細(xì)微差別。

美國 Color Kinetics 公司提供了如下一份照明細(xì)分市場(chǎng)清單：

● 學(xué)校、教堂、醫(yī)院和公司的建筑照明；
● 飯店、旅游勝地、餐館、游輪和溫泉浴場(chǎng)的迎賓照明；
● 建筑、橋梁、體育場(chǎng)、體育館和機(jī)場(chǎng)的市政照明；
● 貿(mào)易展覽會(huì)、儀式、音樂會(huì)和時(shí)裝表演的事件照明；
● 視覺商品、店鋪設(shè)計(jì)、陳列品和化妝品的零售照明；
● 商業(yè)性戲劇、電視演播室、電影布景、舞蹈和攝影的舞臺(tái)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(huì)、天文館、動(dòng)物園、水族館和紀(jì)念館的陳列品與教學(xué)照明；
● 飛機(jī)、火車、汽車和輪船環(huán)境的運(yùn)輸照明；
● 雕塑、各種媒體、圖像和表演的美術(shù)照明；
● 成像與色彩療法的科技照明。

在這些細(xì)分市場(chǎng)中，目前最引人注目的 LED 燈市場(chǎng)就是交通運(yùn)輸。LED 正在快速地進(jìn)入汽車剎車燈市場(chǎng)。當(dāng)汽車急剎車時(shí)，LED 剎車燈具有附加的安全余量，因?yàn)樗鼈冞_(dá)到最大亮度要比白熾燈快100ms。它的優(yōu)勢(shì)還不止這些；LED 剎車燈要比帶相關(guān)透鏡的白熾燈體積小，所以，LED 剎車燈可適當(dāng)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(jīng)受得住汽車的顛簸和震動(dòng)。與白熾燈相比，LED 燈通常還能做成更有創(chuàng)意的款式，成本也更低。此外，LED 在汽車中的應(yīng)用遠(yuǎn)不只是剎車燈， LED在汽車中另外兩個(gè)用途是組合儀表照明和車內(nèi)照明。

基于 LED 的交通信號(hào)燈一直在快速地取代白熾燈，因?yàn)檫@種固態(tài)光源的能耗成本更低，壽命更長，更換成本更低（當(dāng)你把勞動(dòng)成本包括在內(nèi)時(shí)）。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(shí)上，新型交通信號(hào)燈需要多個(gè) LED的時(shí)間也許不長 了。自從五年前推出 LED 交通信號(hào)燈以來，技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)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(shè)計(jì)中只使用一只LED——再加上一個(gè)漫散器，使光線似乎不是從一個(gè)針尖大的光源，而是從一個(gè)較大的光源發(fā)出的。