白光LED照明是否該降降溫?
時(shí)下對(duì)于節(jié)能產(chǎn)品,全社會(huì)最為關(guān)注的莫過(guò)于被稱(chēng)為第四代光源的LED,在產(chǎn)業(yè)資本和政府補(bǔ)貼的雙重推動(dòng)下,近幾年來(lái)實(shí)現(xiàn)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)。可真是風(fēng)起云涌,光艷、叱咤與時(shí)尚。
然而在一片欣喜之中,白光LED真的如我們期待的那樣嗎?替代熒光傳統(tǒng)光源指日可待了嗎?我看未必。而且需要適當(dāng)降降溫。更況且市場(chǎng)上的LED產(chǎn)品優(yōu)劣參差不齊,品質(zhì)實(shí)在讓人擔(dān)憂(yōu)。消費(fèi)者往往無(wú)所適從,受傷的最終還是消費(fèi)者。
我并不反對(duì)LED,但我覺(jué)得LED現(xiàn)在是過(guò)于炒作了,夸大宣傳,優(yōu)點(diǎn)過(guò)于放大。
這樣只能將 LED 行業(yè)引向歧途,不正視 LED 存在的問(wèn)題,只能延緩 LED 應(yīng)用
的發(fā)展。
在替代裝飾類(lèi)如鹵素光源方面優(yōu)勢(shì)是比較明顯的,因?yàn)楸绕瘥u素光源的發(fā)熱與耗能,確實(shí)是優(yōu)勢(shì)突出,安全與節(jié)能。這毫無(wú)疑問(wèn)。但白光LED它能否成為主照明?我覺(jué)得還需慎重,我們現(xiàn)在就來(lái)探討一下LED。
LED(Light Emitting Diode),發(fā)光二極管,簡(jiǎn)稱(chēng)LED,,是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件,它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。主要由帶PN結(jié)結(jié)構(gòu)的固體半導(dǎo)體----芯片(半導(dǎo)體晶片由兩部分組成,一部分是P型半導(dǎo)體,在它里面空穴占主導(dǎo)地位,另一端是N型半導(dǎo)體,在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候,它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”),電極和光學(xué)系統(tǒng)組成。外部電源給PN結(jié)兩端加以正向電壓,使電流從P區(qū)流入N區(qū),N區(qū)不斷注入電子,P區(qū)則不斷注入正電荷,當(dāng)電子和電荷的能量達(dá)到一定值時(shí),PN結(jié)處的電子與電荷便產(chǎn)生跨越,此時(shí),電子與空穴相結(jié)合,在結(jié)合的過(guò)程中產(chǎn)生大量的能量,而這些能量以光的形式釋放出來(lái),這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色,是由形成P-N結(jié)的材料決定的。
它本是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光的顯示方式,用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的屏幕顯示。由于具有容易控制、低壓直流驅(qū)動(dòng)、組合后色彩表現(xiàn)豐富、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于城市各工程中、大屏幕顯示系統(tǒng)。LED可以作為顯示屏,在計(jì)算機(jī)控制下,顯示色彩變化萬(wàn)千的視頻和圖片,或者用于指示、裝飾等輔助照明。
但目前向主照明方向發(fā)展,我們就不得不考量一番了。首先,應(yīng)用在主照明的白光LED的形成目前比較主流有如下兩種:
第一種方式:利用RGB三基色混合成白光。利用紅、綠、藍(lán)三種LED芯片組合,封裝在一個(gè)二極管中,按照紅光、綠光、藍(lán)光分別是21%、69%、10%的比例,混合成人眼看到的純白色光,只要通過(guò)各色芯片的電流穩(wěn)定,散熱較好,那么這種方式產(chǎn)生的白光穩(wěn)定且制作簡(jiǎn)單,但是,由于紅、綠、藍(lán)三種芯片的光衰不同,控制通過(guò)LED電流大小的驅(qū)動(dòng)器性能品質(zhì)要求較高,而且由于生產(chǎn)工藝的原因,目前的技術(shù)無(wú)法達(dá)到全色譜的效果,所以,一般不采用此方式。
第二種方式:利用熒光粉實(shí)現(xiàn)白光。此方式又有三種實(shí)現(xiàn)方法。其中主流的方法是:在LED藍(lán)光芯片上涂覆釔鋁石榴熒光粉(黃色熒光粉)合成白光。目前主要做法是以460nm波長(zhǎng)的InGaN藍(lán)光晶粒涂上一層YAG熒光物質(zhì),利用藍(lán)光LED照射此一熒光物質(zhì)以產(chǎn)生與藍(lán)光互補(bǔ)的550nm波長(zhǎng)黃光。再利用透鏡原理將互補(bǔ)的黃光、藍(lán)光予以混合,便可得出肉眼所需的白光。這是目前最主流的白光LED應(yīng)用技術(shù)。
以上兩者其實(shí)都是希望達(dá)到白光的效果,只不過(guò)一個(gè)是直接以白光(熒光粉)呈現(xiàn),另一個(gè)則是以紅綠藍(lán)三色混光而成。
此外,也有紫外LED配合RGB熒光粉,但是衰減問(wèn)題與紫外線(xiàn)對(duì)人體影響,都是短期內(nèi)比較難解決的問(wèn)題,因此雖然都可以達(dá)到白光的需求,卻有不同的結(jié)果。
不管是以哪種方式,它總是有一定的藍(lán)光,說(shuō)到藍(lán)光,很多人就覺(jué)得它對(duì)人眼有一定危害。那么我們現(xiàn)在就說(shuō)說(shuō)藍(lán)光,它究竟是什么樣的一種光?為什么有危害?
什么是藍(lán)光?藍(lán)光是波長(zhǎng)為400~500nm的高能量可見(jiàn)光。我們舉一個(gè)例子認(rèn)識(shí)一下藍(lán)光。有一種現(xiàn)象,舀一勺海水看看,海水既不是藍(lán)色的,也不是白色的,海水就像自來(lái)水一樣,是無(wú)色透明的。但為什么海水看上去是藍(lán)色的呢?這是太陽(yáng)藍(lán)光在起作用。太陽(yáng)光是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色的光組成的。當(dāng)太陽(yáng)光照射到大海上,紅光、橙光這些波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光,能繞過(guò)一切阻礙,勇往直前。它們?cè)谇斑M(jìn)的過(guò)程中,不斷被海水和海里的生物所吸收。而像藍(lán)光、紫光這些波長(zhǎng)較短的光,雖然也有一部分被海水和海藻等吸收,但是大部分一遇到海水的阻礙就紛紛散射到周?chē)チ?,或者干脆被反射回?lái)了。我們看到的就是這部分被散射或被反射出來(lái)的光。海水越深,被散射和反射的藍(lán)光就越多,所以,大??瓷先ナ撬{(lán)色的。
這就有人說(shuō)了,太陽(yáng)也有藍(lán)光嘛。的確,太陽(yáng)確實(shí)是有藍(lán)光,正是因?yàn)樘?yáng)有藍(lán)光、紫光的存在,我們才沒(méi)有見(jiàn)過(guò)有人會(huì)長(zhǎng)時(shí)間呆在陽(yáng)光底下閱讀、看電視或用電腦。就算是在太陽(yáng)底下工作,也要戴個(gè)草帽什么的遮遮。因?yàn)檠劬?huì)受不了,皮膚也受不了。要不然,大家可以試一下在陽(yáng)光底下看電視一兩個(gè)小時(shí)看看。
就如長(zhǎng)時(shí)間使用電腦或LED臺(tái)燈等,眼睛會(huì)出現(xiàn)疲勞、干澀、刺痛等癥狀,為什么呢?因?yàn)槿搜圩畈荒芙邮艿氖撬{(lán)光和UV光,藍(lán)光殺傷人眼活性細(xì)胞的能力是綠光的10倍,而UV光殺傷人眼活性細(xì)胞的能力又是藍(lán)光的10倍,長(zhǎng)期接觸大量低波長(zhǎng)的藍(lán)光能大量殺傷人眼活性細(xì)胞。即使到時(shí)多吃有利眼睛的食品也會(huì)無(wú)作用。
而LED臺(tái)燈的光源發(fā)射的白光之所以能夠形成主要是靠450~460nm波長(zhǎng)的藍(lán)光激發(fā)熒光粉,其中波長(zhǎng)越低擊發(fā)能力越強(qiáng)。通常LED光源的出廠(chǎng)波長(zhǎng)控制在500nm之內(nèi),一般是450~455nm或455~460nm,都屬于輻射傷害最強(qiáng)的區(qū)段。如果波長(zhǎng)變大,那么激發(fā)熒光粉的能力就下降,發(fā)光效率就會(huì)降低。生產(chǎn)廠(chǎng)家為了追求亮度,通常會(huì)加強(qiáng)LED光源的藍(lán)光強(qiáng)度,人眼如果長(zhǎng)期看這樣的光源,難免眼睛會(huì)受到藍(lán)光傷害,會(huì)出現(xiàn)疲勞、干澀、刺痛等癥狀。而且色溫越高,藍(lán)光所占比例越高。
另外,LED臺(tái)燈點(diǎn)燈的時(shí)間越長(zhǎng),光源中的熒光粉衰減越快,結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致人眼接觸的藍(lán)光波段的光照越來(lái)越強(qiáng)烈,從而對(duì)人眼造成傷害。所以眼睛長(zhǎng)期看LED光源,容易讓人產(chǎn)生頭暈眼花、不舒服的感覺(jué),甚至?xí)斐裳矍鐐Γ沟没佳鄄〉臋C(jī)率會(huì)有所提高。提醒,不要讓眼睛長(zhǎng)時(shí)間注視過(guò)亮的LED光源,以免眼睛受到傷害。
LED還有一個(gè)特點(diǎn),在這順便提一下,就是LED光不招蟲(chóng)。這蟲(chóng)子都怕或不喜歡的光,我們?nèi)搜劬筒慌?、就喜歡啊?
所以,家庭LED照明盡量少用。當(dāng)然,也有人說(shuō)可能是人們還不習(xí)慣這種光,為了節(jié)能環(huán)保,我們?nèi)ミm應(yīng)LED光源環(huán)境也不是不可以,但有個(gè)前提就是這光源是健康的,要不然為了行業(yè)發(fā)展和商業(yè)利益而犧牲消費(fèi)者的健康將是得不償失的。
眼睛不像自然環(huán)境,可以先污染再治理,一旦受到損害,基本都是不可逆轉(zhuǎn)的終身遺憾。產(chǎn)業(yè)發(fā)展中,失去理性的奔跑注定是會(huì)摔跤的,之前還風(fēng)光無(wú)限的光伏企業(yè),目前掙扎在破產(chǎn)的邊緣,更早一點(diǎn),乳品行業(yè)也曾以低標(biāo)準(zhǔn)來(lái)?yè)Q得高速擴(kuò)張,結(jié)果一個(gè)三聚氰胺事件毀掉了整個(gè)行業(yè)的聲譽(yù),人們有越來(lái)越多的擔(dān)心,LED千萬(wàn)不要成為下一個(gè)!
對(duì)于LED燈具光生物安全性分類(lèi)(危害性進(jìn)行測(cè)試、分類(lèi))測(cè)試。各生產(chǎn)廠(chǎng)家可依據(jù)IEC 62471:2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行??纯此a(chǎn)的LED燈具是否有危害或危害程度是幾類(lèi)。商家或用戶(hù)最好是讓生產(chǎn)廠(chǎng)家提供測(cè)試報(bào)告,也清楚準(zhǔn)備購(gòu)買(mǎi)或正在使用的LED燈具是否安全。測(cè)試項(xiàng)目如下:
4.3 輻射危害的曝輻限值。燈分類(lèi):豁免類(lèi)、1類(lèi)危險(xiǎn)(低危險(xiǎn))、2類(lèi)危險(xiǎn)(中度危險(xiǎn)、3類(lèi)危險(xiǎn)(高危險(xiǎn)):
4.3.1 皮膚和眼睛的光化學(xué)紫外危害曝輻限值;
4.3.2 眼睛的近紫外危害曝輻限值;
4.3.3 視網(wǎng)膜藍(lán)光危害曝輻限值;
4.3.5 視網(wǎng)膜熱危害曝輻限值;
4.3.7 眼睛的紅外輻射危害曝輻限值;
4.3.8 皮膚熱危害曝輻限值;
5.2.1 輻照度測(cè)量:危害名稱(chēng)
a:光化學(xué)UV皮膚和眼睛;
b:眼睛UV-A;
c:藍(lán)光小光源;
d:眼睛紅外;
e:皮膚熱。
5.2.2 輻亮度測(cè)量:危害名稱(chēng)
a:藍(lán)光;
b:視網(wǎng)膜熱;
c:視網(wǎng)膜熱(微弱視刺激);
現(xiàn)在我們對(duì)白光LED光環(huán)境有一定的了解。我們?cè)倏窗坠釲ED的第二個(gè)問(wèn)題。光衰與壽命。
一般LED商家宣傳資料上都說(shuō)壽命長(zhǎng)達(dá)3萬(wàn)小時(shí)以上,光源的有效壽命一般是指光源的總光通量下降到初始值(其實(shí)也就是光通維持率)的70%時(shí)的總共點(diǎn)燃時(shí)間。單顆LED芯片壽命的確很長(zhǎng),但要讓LED發(fā)光還有其它條件。我們無(wú)法回避的是LED光衰快與驅(qū)動(dòng)電子元件能否堅(jiān)持3萬(wàn)小時(shí)?LED光衰是指LED經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的點(diǎn)亮后,其光強(qiáng)會(huì)比原來(lái)的光強(qiáng)要低,而低了的部分就是LED的光衰. 一般LED封裝廠(chǎng)家做測(cè)試是在實(shí)驗(yàn)室的條件下(25℃的常溫下),以20mA的直流電連續(xù)點(diǎn)亮LED 1000小時(shí)來(lái)對(duì)比其點(diǎn)亮前后的光強(qiáng)。好些的熒光燈2000小時(shí)的光通維持率在90%左右,但LED 2000小時(shí)的光通維持率在75%以上就很不錯(cuò)了。到了1萬(wàn)小時(shí)就算驅(qū)動(dòng)不壞,LED的光通維持率如只有50%甚至更低,還節(jié)能嗎?你還能接受這亮度嗎?當(dāng)前,白光 LED 的光衰,主要有下列因素引起:
1、熒光粉在較高溫度下的性能衰退;
2、藍(lán)光 LED 自身的快速衰退;
3、LED 封裝底座(支架)材料的導(dǎo)熱不良;
4、封裝的其它材料引起光衰退;
5、封裝工藝引起光衰退;
6、應(yīng)用不當(dāng),如供電不當(dāng)、散熱不良等;
7、紫外輻射對(duì) LED 的影響是微弱的、長(zhǎng)期的。
以上這些要解決也不是一件很容易的事情。另外,LED戶(hù)外照明的防雷擊也是不得不考慮的問(wèn)題,因?yàn)長(zhǎng)ED對(duì)靜電比較敏感。
第三個(gè)問(wèn)題就是光效。LED光效高,所以節(jié)能。的確,高光效是推崇白光LED成為主照明人士所津津樂(lè)道的。但實(shí)際上市場(chǎng)上賣(mài)的LED產(chǎn)品光效真如人們想象的那么高嗎?高光效與長(zhǎng)壽命光衰之間找到了平衡點(diǎn)?2013年2月份中國(guó)賽西(廣州)實(shí)驗(yàn)室的一份測(cè)試結(jié)果:四個(gè)廠(chǎng)家同樣的3W LED天花燈最低的光效只有24.1(lm/W,)!好的也就60.1(lm/W)。平均也就46.725(lm/W)。附3W天花燈測(cè)試報(bào)告統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù):
型號(hào)5033NADL954MW5028HSD590平均值
輸入電壓(V)220.9220.08220.08220.08220.285
輸入電流(A)0.034640.037160.044520.042830.0397875
功率(W)3.442.813.954.173.5925
功率因數(shù)0.450.340.400.450.41
總光通量(lm)20368238182172.75
發(fā)光效能(lm/W)59.024.160.143.746.725
色品坐標(biāo)X;0.31420.31390.30590.30980.31095
Y:0.33820.32090.31550.32130.323975
相關(guān)色溫63696499704667376662.75
顯色指數(shù)(K)71.265.378.972.171.875
光束角(°)Horizontal:24.320.027.129.325.175
Vertical:22.619.928.429.825.175
這高嗎?顯然不高。當(dāng)然,這可能只是個(gè)別幾個(gè)廠(chǎng)家的LED產(chǎn)品水平,不能代表整個(gè)LED行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).但這說(shuō)明什么呢?至少說(shuō)明目前LED產(chǎn)品非?;祀s.消費(fèi)者在選擇時(shí)很難判斷,很容易受傷.LED球泡燈光效做的比較好的在75(lm/W)左右,直管光效做的比較好的光效在82(lm/W),這跟熒光燈相比沒(méi)什么優(yōu)勢(shì).但為什么人們會(huì)覺(jué)得LED會(huì)更亮些呢?主要是因?yàn)樗{(lán)光部分強(qiáng),肉眼感覺(jué)刺眼,就覺(jué)得更亮些。實(shí)際光效對(duì)比起來(lái),節(jié)能燈、直管有過(guò)之而無(wú)不及。
我們?cè)僬f(shuō)LED環(huán)保,比起熒光燈確實(shí)環(huán)保些,因?yàn)闊晒鉄粲泄瑢?duì)環(huán)境有污染。LED技術(shù)在國(guó)外是絕對(duì)的領(lǐng)先,但讓人納悶的是:比國(guó)內(nèi)更注重環(huán)保的國(guó)外卻是LED應(yīng)用在照明方面并不多見(jiàn)。莫非國(guó)外不懂?耐人尋味?,F(xiàn)在LED進(jìn)入門(mén)檻太低,什么公司、什么廠(chǎng)都在上LED照明項(xiàng)目,大到幾千人的大公司,小到三兩個(gè)人的小加工作坊,都在做LED照明燈具。行業(yè)過(guò)于混亂,技術(shù)低下,粗制濫造,質(zhì)量根本無(wú)法保障。有的根本不是在節(jié)能環(huán)保,而是在制造電子垃圾,對(duì)節(jié)能環(huán)保無(wú)一益處,反而給后續(xù)處理會(huì)造成極大麻煩。不要說(shuō)小廠(chǎng)、小加工作坊,就連有些大公司對(duì)于回收處理LED也沒(méi)有實(shí)質(zhì)性可操作的具體方案。LED照明產(chǎn)品回收承諾書(shū)對(duì)于一些生產(chǎn)廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)也只是一紙空文而已。
而且,LED照明的關(guān)鍵指標(biāo):結(jié)溫、光效、色溫、壽命等幾項(xiàng)參數(shù)急需解決。也不是一些小廠(chǎng)或小加工作坊就能解決的問(wèn)題。
結(jié)溫:是指芯片PN結(jié)的平均溫度,用Tj表示,即半導(dǎo)體芯片工作時(shí)結(jié)點(diǎn)區(qū)溫度,包括芯片本身允許最大結(jié)點(diǎn)工作溫度和LED工作時(shí)芯片的實(shí)際結(jié)點(diǎn)工作溫度兩方面。LED結(jié)溫的控制直接影響到LED出光效率,器件壽命、可靠性、發(fā)射波長(zhǎng)等。是LED器件封裝和照明器件應(yīng)用設(shè)計(jì)必須著重解決的核心問(wèn)題。
LED光效:LED的實(shí)際光效會(huì)隨著結(jié)點(diǎn)溫度的升高而降低。
LED色溫:LED芯片發(fā)光的色溫會(huì)隨著結(jié)點(diǎn)溫度的變化而發(fā)生變化(色溫漂移)。白光LED受制造技術(shù)及生產(chǎn)工藝的限制,存在色差在所難免,控制其一致性是比較困難的。當(dāng)然,色差越小,光色就越好。而且由于LED燈具一般為多個(gè)甚至幾十上百個(gè)芯片組成,如其中某幾只芯片有問(wèn)題亮度暗或不亮,就會(huì)影響整體燈具的照明效果。
LED壽命:LED芯片的實(shí)際工作結(jié)點(diǎn)溫度越高,超出芯片的最大工作結(jié)溫時(shí),壽命將急速下降。
LED的散熱:解決散熱問(wèn)題是LED照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。而熱阻是反映導(dǎo)熱材料熱量傳遞能力的綜合參量。單位:℃/W,即物體持續(xù)傳熱功率為1W時(shí),導(dǎo)熱路徑兩端的溫差.不同材料,導(dǎo)熱能力有所差異,每種材料都有它自身的導(dǎo)熱系數(shù).導(dǎo)熱系數(shù)越高,導(dǎo)熱能力就越強(qiáng).LED的總熱阻是芯片內(nèi)外各層的熱阻之和??偀嶙璩伺c各層的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)外,還取決于各層間結(jié)合的緊密程度。如果層與層之間結(jié)合得不夠緊密的話(huà),熱傳導(dǎo)就會(huì)受阻。
熱阻同時(shí)還與散熱面積有關(guān),散熱面積越大,散熱就越好。LED照明產(chǎn)品散熱通過(guò)合理科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),運(yùn)用對(duì)流換熱的原理,可加速LED光源的散熱。對(duì)流換熱可利用“煙囪效應(yīng)”的熱空氣對(duì)流原理,加速LED光源產(chǎn)品的散熱,降低LED光源的工作溫度。實(shí)踐證明,采用該技術(shù)的LED光源工作性能更加穩(wěn)定。“煙囪效應(yīng)”就是戶(hù)內(nèi)空氣沿著有垂直坡度的空間上升或下降,造成空氣加強(qiáng)對(duì)流的現(xiàn)象,稱(chēng)為“煙囪效應(yīng)”,也就是氣壓原理的延伸。
目前廣東省LED直管標(biāo)桿指標(biāo)如下,各生產(chǎn)廠(chǎng)家可參考其指標(biāo)檢驗(yàn)自身的產(chǎn)品情況。
1、平均系統(tǒng)光效。依據(jù)GB/T 9468-2008;
2、色容差。依據(jù)GB/T 7922-2008;
3、平均初始顯色指數(shù)。依據(jù)GB/T 9468-2008;
4、功率因數(shù)。參照GB 17625.1-2003;
5、空間色度不一致性。參照LM-79-08和GB/T 9468-2008;
6、最大亮度。參照GB/T 9468-2008和GB/T 5700-2008;
7、亮度均勻性。參照GB/T 9468-2008和GB/T 5700-2008;
8、藍(lán)光危害。依據(jù)GB/T 20145-2006。
故,我們應(yīng)該正視白光LED存在的問(wèn)題,不要回避,認(rèn)真去解決。用其所長(zhǎng),避其所短。我們不否認(rèn)LED的優(yōu)點(diǎn),但也不能因?yàn)樗哂心承﹥?yōu)點(diǎn)就全面開(kāi)花,要不然,消費(fèi)者醒悟之時(shí)便是白光LED泡沫破裂之時(shí)。
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