固態(tài)照明簡介

　　固態(tài)照明（Solid—StateLighting，SSL）是一種全新的照明技術(shù)，利用半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，直接將電能轉(zhuǎn)換為光能，它與白熾燈的鎢絲發(fā)光和節(jié)能燈的三基色粉發(fā)光不同，半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）采用電場發(fā)光，光電轉(zhuǎn)換效率比較高。

　　固態(tài)照明具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、免維護(hù)、易控制等特點。

　　上個世紀(jì)，固態(tài)照明市場被白熾燈、熒光燈和氙氣燈等光源所占據(jù)。 在1879年，Swan和愛迪生分別獨(dú)立研發(fā)出了第一盞電燈，根據(jù)黑體發(fā)光原理。愛迪生發(fā)明的第一個白熾燈采用了從他妻子的縫紉箱里面拿出來的已經(jīng)碳化的縫紉線，他的第一個商用的產(chǎn)品采用了碳化的竹纖維，功率約為60W，用了100多個小時，效率大概為1.4流明/瓦。

　　經(jīng)過長期的發(fā)展，目前的白熾燈效率已經(jīng)能夠達(dá)到15流明/瓦（120伏/60瓦），平均壽命達(dá)到1000小時。

固態(tài)照明百科

　　什么叫固態(tài)照明

　　固態(tài)照明（Solid—StateLighting，SSL）是一種全新的照明技術(shù)，利用半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，直接將電能轉(zhuǎn)換為光能，它與白熾燈的鎢絲發(fā)光和節(jié)能燈的三基色粉發(fā)光不同，半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）采用電場發(fā)光，光電轉(zhuǎn)換效率比較高。

　　固態(tài)照明具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、免維護(hù)、易控制等特點。

　　上個世紀(jì)，固態(tài)照明市場被白熾燈、熒光燈和氙氣燈等光源所占據(jù)。 在1879年，Swan和愛迪生分別獨(dú)立研發(fā)出了第一盞電燈，根據(jù)黑體發(fā)光原理。愛迪生發(fā)明的第一個白熾燈采用了從他妻子的縫紉箱里面拿出來的已經(jīng)碳化的縫紉線，他的第一個商用的產(chǎn)品采用了碳化的竹纖維，功率約為60W，用了100多個小時，效率大概為1.4流明/瓦。

　　經(jīng)過長期的發(fā)展，目前的白熾燈效率已經(jīng)能夠達(dá)到15流明/瓦（120伏/60瓦），平均壽命達(dá)到1000小時。

　　固態(tài)照明（SSL）超越傳統(tǒng)照明的原因

　　固態(tài)照明包括LED和OLED。目前OLED尚未在普通照明中得到廣泛應(yīng)用，所以本文主要討論LED。隨著白熾燈的淘汰和高壓汞燈逐漸退出，傳統(tǒng)照明的范圍縮小，目前主要包括鹵鎢燈、熒光燈、高壓鈉燈和金鹵燈等光源及其配套電器和燈具。

　　評價節(jié)能的指標(biāo)有光源和燈具的光效、壽命和光通維持率。環(huán)保指標(biāo)是生產(chǎn)、運(yùn)輸、運(yùn)行、廢棄和回收過程中的有害物質(zhì)排放量，以及運(yùn)行期間所消耗電能對應(yīng)的排放。LED不含汞等有害的發(fā)光物質(zhì)，且光效、壽命和光通維持率均超過了傳統(tǒng)光源，所以在節(jié)能環(huán)保方面的優(yōu)勢已為大家所公認(rèn)。

　　在安全性方面，所有光源和燈具均需要遵循電氣安全強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。這里只討論光生物安全的藍(lán)光危害問題。舒適性指標(biāo)有色溫、顯色指數(shù)、色容差和眩光指數(shù)等。傳統(tǒng)光源應(yīng)用時間長，相當(dāng)于在光生物安全和光品質(zhì)方面設(shè)定了門檻。LED是否已經(jīng)全面超越了傳統(tǒng)照明呢？

　　一、藍(lán)光危害

　　藍(lán)光危害已有國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，危害等級和測試方法已有規(guī)范。不少研究結(jié)果已在期刊、會議和半導(dǎo)體照明聯(lián)盟的白皮書上發(fā)表。

　　根據(jù)2013年我們進(jìn)行的理論和實驗研究，發(fā)現(xiàn)藍(lán)光危害與光源的色溫和亮度有關(guān)，LED與傳統(tǒng)光源相比沒有本質(zhì)上的不同。在光源的色溫和顯色指數(shù)相近時，各類光源的藍(lán)光危害效率差不多；藍(lán)光危害效率與色溫成正比，所以6500 K光源的藍(lán)光危害效率為2700 K光源的2.4倍，影響并不算大。

　　評價藍(lán)光危害的藍(lán)光加權(quán)輻亮度與亮度成正比，而光源的亮度變化范圍可達(dá)100倍，所以藍(lán)光危害主要由光源的亮度決定?？刂屏斯庠吹牧炼?，藍(lán)光危害也就控制住了。對于色溫低于6500 K的光源，只要其亮度不超過100kcdm-2，或照度不超過1000 lx，就是藍(lán)光安全的（0類，無危險）。對亮度更高的光源，如果分類在低危險類（1類），只要避免直視，光源的使用也不受限制。

　　室內(nèi)照明所用的傳統(tǒng)光源中，直管熒光燈和緊湊型熒光燈（節(jié)能燈）的亮度最低，在普通照明的色溫范圍內(nèi)均屬于0類藍(lán)光危害（無危險），屬于可以長時間直視的光源；鹵鎢燈和金鹵燈亮度高，只能短時間直視。大功率LED單顆或集成封裝器件的亮度很高，可能達(dá)到石英金鹵燈的亮度，如用于投光燈，不能直接用眼睛看。區(qū)域照明用的LED光源或燈具，需要在封裝器件外面加一層擴(kuò)散板或擴(kuò)散罩，把亮度降低一個數(shù)量級以上，這樣也可以實現(xiàn)0類藍(lán)光危害。如果一個LED光源的亮度跟節(jié)能燈差不多，那它肯定是藍(lán)光安全的。

　　當(dāng)然，由于LED光源和燈具的亮度要大一些，做照明設(shè)計的時候要特別注意控制眩光?？傮w來看，普通照明用白光LED光源和燈具只要控制住亮度，其藍(lán)光危害就在安全范圍內(nèi)。

　　非視覺生物效應(yīng)還沒有很明確的標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外已有的研究結(jié)果表明，光源的節(jié)律效率同樣與色溫成正比。為順應(yīng)人體的自然節(jié)律，晚上室內(nèi)照明應(yīng)該用低色溫的光源，這樣不會干擾人體的睡眠。

　　二、光品質(zhì)

　　舒適性由光源的光品質(zhì)決定指標(biāo)，包括光譜、色溫、顯色指數(shù)、色容差、空間顏色均勻性、眩光指數(shù)、頻閃和壽命期間的顏色穩(wěn)定性等。

　　在幾百萬年的進(jìn)化過程中，人類的眼睛已適應(yīng)了自然界的連續(xù)光譜，包括太陽光、天空光和月光。早期的人造光源都是連續(xù)光譜，如火把、蠟燭和油燈，以及第一代電光源白熾燈和鹵鎢燈。隨著光效更高的氣體放電光源的出現(xiàn)，光譜有不同程度不連續(xù)的熒光燈、高壓鈉燈和金鹵燈等出現(xiàn)在人們的生活中，但其使用時間不到80年，在人類歷史長河中只算是一瞬間，還不足以從遺傳的角度影響人類眼睛的視覺。從師法自然的角度，在室內(nèi)照明中采用連續(xù)譜光源始終是更加自然的選擇。

　　目前主流的LED是采用藍(lán)光芯片激發(fā)黃色熒光粉來產(chǎn)生白光，在可見區(qū)內(nèi)屬于連續(xù)光譜，但綠光區(qū)較弱，紅光區(qū)較少。所以LED的光譜連續(xù)性明顯強(qiáng)于熒光燈，但沒有超過陶瓷金鹵燈。一般LED的紅色特殊顯示指數(shù)（R9）只要求》0，無法很好地還原深紅色。所以人民大會堂用LED做照明改造后，紅五星還是用鹵鎢燈來照明。如果要提高深紅色的顯色性，應(yīng)該在LED封裝器件中增加紅色熒光粉或紅光芯片。

　　室內(nèi)場合的顯色指數(shù)很重要。如果向鹵鎢燈和陶瓷金鹵燈看齊，LED的顯色指數(shù)需要做到90以上，同樣需要增加紅色熒光粉或紅光芯片。

　　在壽命期內(nèi)，光源的色溫和色坐標(biāo)一定要穩(wěn)定。這對LED熒光粉和封裝硅膠的耐老化性能提出了很高的要求。

　　空間顏色均勻性對傳統(tǒng)光源不是問題，但對LED就比較難解決。由于LED芯片的藍(lán)光仍有約1/3會射出并參與混合成白光，而芯片和熒光粉的空間出光均勻性有差異，這將導(dǎo)致空間色坐標(biāo)偏移，甚至白光周圍出現(xiàn)彩色光。這個問題對智能照明的多色LED混光燈具更嚴(yán)重，是今后需要重點解決的難題。

　　照明的舒適度還需要考慮頻閃問題。目前的交流LED方案是將市電整流之后直接點LED燈，存在頻率100Hz的頻閃，且電流過零時LED不發(fā)光。這需要增加電容濾波，降低光的波動深度。

　　結(jié)論

　　LED能否包打天下？我個人認(rèn)為未來也許可以，特別是出現(xiàn)光譜很連續(xù)的多芯片復(fù)合LED之后，但目前還不可能。LED已經(jīng)是最節(jié)能環(huán)保的光源之一，但光品質(zhì)方面仍有一些不足需要改善。不同的應(yīng)用場合需要不同的照明解決方案，采用最合適的光源就是明智的選擇。

　　固態(tài)照明成果

　　目前在固態(tài)照明領(lǐng)域已經(jīng)取得了相當(dāng)大進(jìn)展，自從能源部2000年大力研發(fā)固態(tài)照明技術(shù)以來，支持了很多研發(fā)項目，取得了多項成就。以下是所取得的重要成果：

　　·2008年9月，CRRE公司研發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)冷白光發(fā)光二極管，效率是107 lm/W @ 350mA.

　　·2008年9月，佛羅里達(dá)大學(xué)演示了藍(lán)光磷光OLED，流明效率高達(dá)40流明每瓦，外部峰值量子效率為25%。采用了無外部光提取技術(shù)。

　　·2008年6月，飛利浦和CREE公司共同開發(fā)了暖白光多芯片LED鍍鋁反光燈，效率為69 lm/W，能夠發(fā)出681流明的光通量。

　　·2008年6月，Universal Display演示了壽命為8萬小時的OLED。該OLED的效率為50 lm/W @1，000 cd/m2. 。

　　·2008年6月，Universal Display公司演示了白光磷光OLED，流明效率達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的102 lm/W @1000 cd/m2.

　　·2007年9月，CREE開發(fā)出LED陣列，效率為95 lm/W @ 350 mA 。

　　·2007年9月，通用電氣全球研究中心開發(fā)出了方案處理型（solution-processed） 白光OLED器件，總功率轉(zhuǎn)換效率峰值超過了14%。未來的目標(biāo)是開發(fā)出45 lm/W的照明級OLED，使得近期可以在某些應(yīng)用中取代白熾燈。

　　·2007年9月，Universal Display制造出了6平方英寸的OLED面板，產(chǎn)生了100流明的亮度，效率為31 lm/W，亮度為3，000 nits。比目前的熒光燈要亮。

　　·2007年6月，柯達(dá)開發(fā)出了全新的白光OLED器件，提取效率達(dá)46%，比以往的器件有了很大的改善。