解读LED照明设计关键 畅享LED照明大时代
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2007年，澳大利亚政府开始逐步淘汰白炽灯。到现在，在整个澳大利亚，荧光灯已经大量取代了无所不在的白炽灯。
但是David Whitfield已经开始为荧光灯退出历史倒计时了。
David Whitfield表示，LED有望在未来5年内主导商业照明领域。到2020年，会有更多人的购买LED灯，将它们安装在新房子中。按照LED灯的使用寿命，即使有一天你的房子拆迁了，那些LED灯依然存在。
技术的飞速发展，使得LED从单纯的指示灯转变成极富意义的高效节能照明。
但是与众多新兴技术一样，LED仍面临着很多问题。不规范的市场导致低价劣质产品冲击市场，不断发生索赔纠纷。这些问题都会影响到制造商在专注质量方面的真诚努力。
与任何一个LED业内人士交流，必然都会提及50000小时。在理想条件下，封装过后的LED平均使用寿命可达50000小时。当然，设计与环境都会降低LED的使用寿命。如果冷却得当，未精加工的LED使用时间是直线型荧光灯的两倍，是紧凑型荧光灯的5倍，是白炽灯的50倍。
使用时间长就意味着更换和处理烧坏的LEDD的频率大大减少，同时也减少了垃圾量。这也是LED成为可持续照明发展首选的原因之一。第二个重要原因是，LED不像荧光灯那样含有水银，也不怕摔碎，因此对环境非常友好。
低能耗是另一个非常明显的优势。
David Whitfield表示，澳大利亚至少拥有5000万个T8荧光灯管，如果我们能用更高效的T5荧光灯或LED解决方案替代上述所有灯管，将可以关闭3座煤炭火电厂。
enLighten一款多功能旗舰LED照明产品Chameleon在2011年的“绿色地球奖”（Green Globe awards）中荣获“节能与创新类”大奖。该产品照明解决方案与传统照明方案相比，可节省能源高达93%。
据David Whitfield分析，LED自身仅能节省大概63%的能源。因此，要实现更高的节能目标就必须从驱动电路的精细设计着手。
接下来，Whitfield将深度解读LED照明设计的几个关键点，确保LED可以满足市场对持久可靠照明的期待。
David Whitfield表示一项好的LED照明设计具有以下三个基本点。一是选择合适的芯片。二是给予安全可靠的驱动；三是选择灯具时尽量减少光照损失。‖
合适的芯片早期的LED解决方案所面临的问题是，由于荧光粉的不断老化，在使用过程中LED色彩会严重漂移向蓝色光谱。
这些相对原始的设备制造起来非常便宜，目前仍被用于类似手电筒这样对色彩要求不高的设备中。不过，在商业照明应用领域，改进的LED已经占据主导地位。
但相比色彩一致性，更加重要的就是LED热力学性能。
二极管效率及工作寿命会随着温度的升高而减少。虽然不像白炽灯那样在很高温度下工作，但是LED仍然产生大量的热。
事实上，我们都使用Philips LumiLEDs的芯片。虽然昂贵，但是耐热性好。特别适用于澳大利亚北部一些地区。照明设备可以在高达110度的温度下工作并仍能点亮50000小时。
安全可靠的驱动
enLighten照明产品Chameleon，设计用于商业领域的日常及应急照明。内置有人物行为和环境光线监测技术，同时具有两种不同的电源电路。
低压电路提供背景照明，全压电路则有人以及自然光不足的情况下被激活运行。
LED是可调光的，但是我们不倾向于进行调光操作。在低压及中等电压照明中，调光效率低。在整个LED照明设计中，驱动主要用于在一定功率情况下实现最高效率。
由于运行两个独立的电路，因此存在两个驱动器。一个是在高亮度照明水平下实现最高效率，另一个则在低亮度水平下实现最高效率。
驱动与电源供应被设计到一起并集成到一个部件中。Whitfield的设计团队特别研发了针对该应用的电子设备。
由于现有的很多驱动器都为了满足90-270V的应用需求，因此可以达到的效率约为70%。
据David Whitfield表示，在110V或者230到240V标准下对驱动进行优化设计的话，可以大大提高效率。但优化工作会是一项非常艰苦的工程
光源与光学系统
LED芯片耐热性不断增强使得设计工作变得更加简单，但是为了保证LED芯片的工作寿命，就必须想方设法导出LED与接合点的余热。
在解决少量并且间隔适宜的LED的散热问题时，一小块散热片即可满足要求。但对于大量紧密聚集到一起的LED（典型应用于商业照明中），如果散热处理不当，其倍增的热效应都可以将设备烧坏。因此，商业照明用LED灯都倾向于利用相对散热性能突出的散热片。
David Whitfield表示，如果设计合理，按照经验，散热片的温度不超过55度。但是如果温度远小于50度的话，表明散热片太大或者散热片根本没有起到导热效果。[!--empirenews.page--]
影响LED照明设计好坏的另一项重要因素是光学系统设计。为了减少光损失，设计时除了重点关注反射率以及不透明度等因素外，还应想法设法减少来自若干强光造成的眩光。
David Whitfield表示，大量的资金被用到改善LED芯片。但是很多都忽略了驱动LED的电子设备或者用到的光学系统。这是当前一个非常严重的问题。‖
对于设计照明解决方案时是否考虑现有的照明设备时，Whitfield表示不支持这样的发展方式。我们不考虑针对往日照明设备的兼容方案，要尽可能的发挥LED的光效，就必须进行一体化设计才能满足要求。
这种即插即用的方式进一步降低了LED照明的使用障碍，届时LED的优势将迫使现有的照明设备退出历史舞台。
当前芯片的发展
在德国以及马来西亚的欧司朗光电半导体实验，为提高LED芯片技术，研究与开发力度在不断加强。
欧司朗亚太区市场总监Kai-chung Cheng将为我们特别解读LED技术的最新进展及应用。
欧司朗最近的研究包括针对园艺照明应用的660nm波长的高亮红色LED以及450nm波长的蓝色LED。同时正在设计研发应用于投影设备的高强度LED。欧司朗高强度LED目前应用于例如奥迪A8等高级轿车的车头灯。
Cheng表示，我们在不断提高封装所用材料的性能，并且继续努力提高发光效率。欧司朗Oslon系列高功率LED的热阻为7K/W，而其它的则为低至3.5K/W。热阻越低，封装散热就越容易。
LED的成本已经成为该技术进一步推广的主要障碍之一。发光效率提高是一种解决办法之一。因为拥有更高亮度的LED就意味着可以减少LED芯片的用量。
在实验室中，欧司朗已经用一个LED芯片，350Am驱动，2755K色温下成功实现了142lm/W的发光效率。
另一种降低成本的途径是提高晶圆的尺寸，即由目前的2寸和4寸提高到6寸。同时欧司朗正在研究SDS（silicon-on-dust substrate）工艺，如果成功，将可以借助半导体IC的一些先进生产技术制造LED芯片。
一些新材料取得的突破进展也有助于降低LED成本。例如，BluGlass,一家从悉尼麦考瑞大学分拆出来的公司，正在研究一种新的等离子体激活化学气相淀积（RPCVD）工艺，力争实现氮化基薄膜的低温成长。
MOCVD工艺目前被大量用于生产高亮度LED，其所需工作温度为1000度，而RPCVD工艺所需的温度比MOCVD工艺要低。如果可以避免高温的影响，那么就有希望降低芯片以及活性材料，进而提高性能。
随着LED技术的不断发展，最终目标也越来越近。在美国能源部2010年3月发布的“固态照明研究与发展：多年期方案计划”报告中指出，预计到2020年有望实现250流明每瓦的极限值。
标准和法规
目前，标准缺乏仍是LED技术广泛应用的另一大障碍。
澳大利亚照明协会主席Douglas Bryan表示，大量LED产品涌入不受管制的市场是引发担忧的一个原因之一。这些产品中，有一些质量上乘；但也有许多产品在寿命、颜色特征及效率等方面不符合要求。 市场出现的质量问题正逐渐破坏消费者对产品的信心。
作为提高消费者对LED灯信心的第一步，澳大利亚照明协会推出一项基于标记的质量工程，被称为固态照明（SSL）质量计划。
这是一项自愿性的行业计划，依赖于第三方机构针对供应商产品的关键参数作出的测试报告。这些关键参数包括灯具的功效，光输出，测得的输入功率，相关色温和显色指数等。
一经验证和支付费用后，未来三年，一个质量标记将被用于产品以及产品手册中。
该计划完全是自愿性的，远谈不上成为一项标准或法规，但能在很大程度上减少进口商遇到的障碍。Douglas Bryan表示，澳大利亚监管机构正等待国际标准出台以及世界范围内的测试成果。
与其它产品一样，美国，欧洲和亚洲，预计将有不同的标准和法规。目前，走在前列的是美国能源部的固态照明能源之星标准。
美国的标准是基于北美照明工程学会（IES）LM-79“固态照明产品电气和光度测量”和LM-80“测量LED光源流明维持率”这两种测试方法。
市场调整
不论标准如何变化，有一点是明确的：市场将发生变化，澳大利亚将有更多的机会从中分得一杯羹。
对于未来的发展，存在着不同的观点。Douglas Brya认为，与众多制造LED的中国企业竞争，澳大利亚将捉襟见肘。
David Whitfield已经在做设计工作，他认为，在不久的将来，中国LED制造业将出现一系列的兼并和倒闭。这将缓解LED价格的下调压力，使得澳大利亚公司有机会将LED产品打入中国市场。
David Whitfield表示，到2020年，澳大利亚将用LED取代100亿到200亿的照明市场。政府与其进口LED产品，还不如支持建立本地制造业。LED芯片由机器设备生产，不涉及太多劳动力，所以有足够的理由扶持本地制造商。
“我们可以在质量，上市时间，快捷配送方式方面与中国的LED企业竞争，凭借专利和知识产权，澳大利亚可以打造一个出口生产基地。“
目前，新一代照明技术OLED照明已经出现。David Whitfield表示，OLED照明会对LED照明起到补充的作用。商业应用上，OLED照明落后LED照明20年。当它得到商业化，LED照明应用大规模普及了。最后的问题是，OLED的成本效益是否可以帮助取代已经非常高效的LED。[!--empirenews.page--]
潜力巨大
很难想象爱迪生和白炽灯背后的其他科学家如何看待今天的世界，因为他们的发明接连不断地被更高效的技术取代。
但也许爱迪生会认同围绕着LED灯的巨大潜力-没有沉重的环境代价，更明亮，几乎无处不在的照明的机会。对澳大利亚来说，有望在全球电子供应链中发挥更大作用，对高质量电子产品设计人员，通过他们的专业知识和辛勤工作，将会创造更大收益。
然而，即使世界各地的消费者和制造商开始关注LED，该技术的广泛采用仍面临很多问题。目前，早期应用LED的人，被泛滥的伪劣产品的所伤，认为LED价格过高，而且质量参差不齐。
虽然该技术的价格将不可避免地下降，澳大利亚和世界其他国家必须迅速开展工作，加强监管生机勃勃的市场，以保护消费者和电子行业。
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