三升高科技-浅谈LED在照明亮化中的应用

LED在电子产品指示器中占据主导地位，现在甚至在交通信号灯和刹车灯中的使用超过了白炽灯。这种状况还仅仅是个开端。要点：

• LED 将最终成为一种主要的关键技术，并逐步取代白炽灯等产品。
• 促使人们使用 LED 的最重要因素是它具有较低的长期成本。即使永远不会降到与白炽灯相当水平，LED 的初始成本也正在快速下降，而其它照明技术的这一成本则维持不变。
• LED 已经大举打入许多有利可图的应用领域，如剧院照明。

 
使照明器材行业从黯然衰退中重现辉煌，这可不是件简单任务。不过，20世纪的确把照明技术等同于白炽灯技术。比较新式的照明器材，如小型荧光灯和高亮度放电灯，继续在迅速发展，但它们不再处于技术前沿。现在，照明器材的创新大多集中在固态光源上，主要是 LED（发光二极管）。然而，尽管 LED 是占主导地位的指示器，但它们迄今已在专业照明系统中取得了最大成功。几乎可以肯定的是，还得再过几年，也许更长时间，才能成熟到取代老式照明灯，拧入大多数灯座。

照明器材行业的某些观察家至少把造成这种局面的部分责任归于该成熟行业的垂直整合结构。白炽灯和荧光灯制造商不会从第三方购进其产品的主要元件。而照目前的情况来看，这正好是大多数 LED 灯制造商所面对的局面：主要的电灯制造商都不生产作为 LED 灯核心部件的半导体芯片。（包括参考文献 1、2 和 3在内的几个网上术语汇编，对照明术语如“电灯”作了解释。）
尽管存在着与照明器材行业的结构和商业惯例不相容这种情况，但照明工程师们仍然对 LED 保持着浓厚的兴趣，因为在所有电照明器材中，只有固态发光器才是足够新颖的，可以从技术的飞速进步中不断获益，使成本大幅度下降。老式照明技术的成本保持恒定不变，只有固态光源才能显著降低 COL（照明成本）。

根据某些估计，去年 LED 灯的 COL 已经低于卤素灯。大约到 2007 年，LED 灯的成本——现在稍低于 27 美元/MlmH（百万流明小时）——应降低约 75%。价格如此下降将使 LED 灯的 COL 与荧光灯的 7 美元/MlmH 大致相同。这种改善在很大程度上源自光输出的增强，但即使不考虑光输出的增加，照明所用的 LED 灯的价格也正在下降。

“照明成本”的含义 这里需要解释一下照明成本 (COL) 的含义。COL 不仅涉及电灯的初始成本，还涉及电灯所消耗的能源的成本，当电灯无法正常工作时更换电灯所需的劳动成本，以及所需电灯更换的平均频率。白炽灯的初始成本很低，但它们将电能转换成光能的效率比较低，而且它们很快就会烧坏。从白炽灯烧毁意义上说，LED灯很难烧坏。它的光输出的下降速度慢得几乎难以觉察。计算 LED 的 COL 时一般都假定： LED 灯的光输出降到一半时， LED 灯的使用寿命就终止。
照明工程师们一般假定典型 LED 灯的寿命是 75000 小时，而普通白炽灯的寿命只有 1000 小时。获得上述 COL 值的其他假设是：电能成本为 10 美分/kWH（千瓦小时），更换电灯的劳动成本是 15 美元（在工业系统中，这是一个合理的劳动成本值）。COL计算没有把 TVM（资金的时间价值）考虑在内，而TVM说明美元的购买力随时间而减少。若 把TVM考虑进去，则多少会加快 LED 在成本上达到与荧光灯相同的速度。

    尽管现在的照明器材市场对价格很敏感，但许多基于 LED 的照明灯现在却具有令人难以置信的先进技术水平。目前，内含三只 LED 和一个 8 位微处理器的灯是很常见的，不过照明工程师们试图将这种智能用于有利可图的照明系统，因为这种照明系统的价格可以比普通照明产品更高。内含微处理器的常常应用于剧院照明等需要可编程能力的场合。可编程能力要求在照明控制器和多盏灯之间进行通信，而且一般还要求每盏灯内都有微处理器或 ASIC的智能芯片。针对这些应用系统，照明工业开发了 DMX512 通信协议。DMX512 可以在以太网物理层上运行。由于以太网在办公室和工厂已经普及，所以一些照明器材制造商认为 DMX512 与以太网结合顺理成章，照明控制功能与其他楼宇控制功能必然共享以太网物理层。

和其它成熟市场一样，照明市场也是分得很细的。各个细分市场都有不同的要求，需要专门设计的产品。一个局外人也许会很容易地——而且错误地——得出一个结论，认为一种产品可满足多个细分市场的要求。然而，这一结论很可能忽略了各种不同应用系统之间的细微差别。

美国 Color Kinetics 公司提供了如下一份照明细分市场清单：

● 学校、教堂、医院和公司的建筑照明；
● 饭店、旅游胜地、餐馆、游轮和温泉浴场的迎宾照明；
● 建筑、桥梁、体育场、体育馆和机场的市政照明；
● 贸易展览会、仪式、音乐会和时装表演的事件照明；
● 视觉商品、店铺设计、陈列品和化妆品的零售照明；
● 商业性戏剧、电视演播室、电影布景、舞蹈和摄影的舞台照明；
● 地面、水景、喷泉、游泳池和温泉的景观照明；
● 起居室与家庭影院的住宅照明；
● 展览会、天文馆、动物园、水族馆和纪念馆的陈列品与教学照明；
● 飞机、火车、汽车和轮船环境的运输照明；
● 雕塑、各种媒体、图像和表演的美术照明；
● 成像与色彩疗法的科技照明。

在这些细分市场中，目前最引人注目的 LED 灯市场就是交通运输。LED 正在快速地进入汽车刹车灯市场。当汽车急刹车时，LED 刹车灯具有附加的安全余量，因为它们达到最大亮度要比白炽灯快100ms。它的优势还不止这些；LED 刹车灯要比带相关透镜的白炽灯体积小，所以，LED 刹车灯可适当增加行李箱空间。LED 灯也比其它类型的灯更牢固，这使它们更经受得住汽车的颠簸和震动。与白炽灯相比，LED 灯通常还能做成更有创意的款式，成本也更低。此外，LED 在汽车中的应用远不只是刹车灯， LED在汽车中另外两个用途是组合仪表照明和车内照明。

基于 LED 的交通信号灯一直在快速地取代白炽灯，因为这种固态光源的能耗成本更低，寿命更长，更换成本更低（当你把劳动成本包括在内时）。即使不考虑因每盏灯使用大量 LED而使可靠性提高这一因素，LED 灯的更换成本大大低于白炽灯。事实上，新型交通信号灯需要多个 LED的时间也许不长 了。自从五年前推出 LED 交通信号灯以来，技术进步已经使每只LED的光输出增加了约 20 倍。只要再将LED的光输出增大三分之一，就可以在交通灯设计中只使用一只LED——再加上一个漫散器，使光线似乎不是从一个针尖大的光源，而是从一个较大的光源发出的。