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固态照明

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固态照明（Solid—StateLighting，SSL）是一种全新的照明技术，利用半导体芯片作为发光材料，直接将电能转换为光能，它与白炽灯的钨丝发光和节能灯的三基色粉发光不同，半导体发光二极管（LED）采用电场发光，光电转换效率比较高。

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固态照明简介

　　固态照明具有节能、环保、寿命长、免维护、易控制等特点。

　　上个世纪，固态照明市场被白炽灯、荧光灯和氙气灯等光源所占据。在1879年，Swan和爱迪生分别独立研发出了第一盏电灯，根据黑体发光原理。爱迪生发明的第一个白炽灯采用了从他妻子的缝纫箱里面拿出来的已经碳化的缝纫线，他的第一个商用的产品采用了碳化的竹纤维，功率约为60W，用了100多个小时，效率大概为1.4流明/瓦。

　　经过长期的发展，目前的白炽灯效率已经能够达到15流明/瓦（120伏/60瓦），平均寿命达到1000小时。

固态照明百科

　　什么叫固态照明

　　固态照明具有节能、环保、寿命长、免维护、易控制等特点。

　　经过长期的发展，目前的白炽灯效率已经能够达到15流明/瓦（120伏/60瓦），平均寿命达到1000小时。

　　固态照明（SSL）超越传统照明的原因

　　固态照明包括LED和OLED。目前OLED尚未在普通照明中得到广泛应用，所以本文主要讨论LED。随着白炽灯的淘汰和高压汞灯逐渐退出，传统照明的范围缩小，目前主要包括卤钨灯、荧光灯、高压钠灯和金卤灯等光源及其配套电器和灯具。

　　评价节能的指标有光源和灯具的光效、寿命和光通维持率。环保指标是生产、运输、运行、废弃和回收过程中的有害物质排放量，以及运行期间所消耗电能对应的排放。LED不含汞等有害的发光物质，且光效、寿命和光通维持率均超过了传统光源，所以在节能环保方面的优势已为大家所公认。

　　在安全性方面，所有光源和灯具均需要遵循电气安全强制标准。这里只讨论光生物安全的蓝光危害问题。舒适性指标有色温、显色指数、色容差和眩光指数等。传统光源应用时间长，相当于在光生物安全和光品质方面设定了门槛。LED是否已经全面超越了传统照明呢？

　　一、蓝光危害

　　蓝光危害已有国际标准和国家标准，危害等级和测试方法已有规范。不少研究结果已在期刊、会议和半导体照明联盟的白皮书上发表。

　　蓝光危害

　　根据2013年我们进行的理论和实验研究，发现蓝光危害与光源的色温和亮度有关，LED与传统光源相比没有本质上的不同。在光源的色温和显色指数相近时，各类光源的蓝光危害效率差不多；蓝光危害效率与色温成正比，所以6500 K光源的蓝光危害效率为2700 K光源的2.4倍，影响并不算大。

　　评价蓝光危害的蓝光加权辐亮度与亮度成正比，而光源的亮度变化范围可达100倍，所以蓝光危害主要由光源的亮度决定。控制了光源的亮度，蓝光危害也就控制住了。对于色温低于6500 K的光源，只要其亮度不超过100kcdm-2，或照度不超过1000 lx，就是蓝光安全的（0类，无危险）。对亮度更高的光源，如果分类在低危险类（1类），只要避免直视，光源的使用也不受限制。

　　室内照明所用的传统光源中，直管荧光灯和紧凑型荧光灯（节能灯）的亮度最低，在普通照明的色温范围内均属于0类蓝光危害（无危险），属于可以长时间直视的光源；卤钨灯和金卤灯亮度高，只能短时间直视。大功率LED单颗或集成封装器件的亮度很高，可能达到石英金卤灯的亮度，如用于投光灯，不能直接用眼睛看。区域照明用的LED光源或灯具，需要在封装器件外面加一层扩散板或扩散罩，把亮度降低一个数量级以上，这样也可以实现0类蓝光危害。如果一个LED光源的亮度跟节能灯差不多，那它肯定是蓝光安全的。

　　当然，由于LED光源和灯具的亮度要大一些，做照明设计的时候要特别注意控制眩光。总体来看，普通照明用白光LED光源和灯具只要控制住亮度，其蓝光危害就在安全范围内。

　　非视觉生物效应还没有很明确的标准。国内外已有的研究结果表明，光源的节律效率同样与色温成正比。为顺应人体的自然节律，晚上室内照明应该用低色温的光源，这样不会干扰人体的睡眠。

　　二、光品质

　　舒适性由光源的光品质决定指标，包括光谱、色温、显色指数、色容差、空间颜色均匀性、眩光指数、频闪和寿命期间的颜色稳定性等。

　　在几百万年的进化过程中，人类的眼睛已适应了自然界的连续光谱，包括太阳光、天空光和月光。早期的人造光源都是连续光谱，如火把、蜡烛和油灯，以及第一代电光源白炽灯和卤钨灯。随着光效更高的气体放电光源的出现，光谱有不同程度不连续的荧光灯、高压钠灯和金卤灯等出现在人们的生活中，但其使用时间不到80年，在人类历史长河中只算是一瞬间，还不足以从遗传的角度影响人类眼睛的视觉。从师法自然的角度，在室内照明中采用连续谱光源始终是更加自然的选择。

　　目前主流的LED是采用蓝光芯片激发黄色荧光粉来产生白光，在可见区内属于连续光谱，但绿光区较弱，红光区较少。所以LED的光谱连续性明显强于荧光灯，但没有超过陶瓷金卤灯。一般LED的红色特殊显示指数（R9）只要求》0，无法很好地还原深红色。所以人民大会堂用LED做照明改造后，红五星还是用卤钨灯来照明。如果要提高深红色的显色性，应该在LED封装器件中增加红色荧光粉或红光芯片。

　　室内场合的显色指数很重要。如果向卤钨灯和陶瓷金卤灯看齐，LED的显色指数需要做到90以上，同样需要增加红色荧光粉或红光芯片。

　　在寿命期内，光源的色温和色坐标一定要稳定。这对LED荧光粉和封装硅胶的耐老化性能提出了很高的要求。

　　空间颜色均匀性对传统光源不是问题，但对LED就比较难解决。由于LED芯片的蓝光仍有约1/3会射出并参与混合成白光，而芯片和荧光粉的空间出光均匀性有差异，这将导致空间色坐标偏移，甚至白光周围出现彩色光。这个问题对智能照明的多色LED混光灯具更严重，是今后需要重点解决的难题。

　　照明的舒适度还需要考虑频闪问题。目前的交流LED方案是将市电整流之后直接点LED灯，存在频率100Hz的频闪，且电流过零时LED不发光。这需要增加电容滤波，降低光的波动深度。

　　结论

　　LED能否包打天下？我个人认为未来也许可以，特别是出现光谱很连续的多芯片复合LED之后，但目前还不可能。LED已经是最节能环保的光源之一，但光品质方面仍有一些不足需要改善。不同的应用场合需要不同的照明解决方案，采用最合适的光源就是明智的选择。

　　固态照明成果

　　目前在固态照明领域已经取得了相当大进展，自从能源部2000年大力研发固态照明技术以来，支持了很多研发项目，取得了多项成就。以下是所取得的重要成果：

　　·2008年9月，CRRE公司研发出标准冷白光发光二极管，效率是107 lm/W @ 350mA.

　　·2008年9月，佛罗里达大学演示了蓝光磷光OLED，流明效率高达40流明每瓦，外部峰值量子效率为25%。采用了无外部光提取技术。

　　·2008年6月，飞利浦和CREE公司共同开发了暖白光多芯片LED镀铝反光灯，效率为69 lm/W，能够发出681流明的光通量。

　　·2008年6月，Universal Display演示了寿命为8万小时的OLED。该OLED的效率为50 lm/W @1，000 cd/m2. 。

　　·2008年6月，Universal Display公司演示了白光磷光OLED，流明效率达到了创纪录的102 lm/W @1000 cd/m2.

　　·2007年9月，CREE开发出LED阵列，效率为95 lm/W @ 350 mA 。

　　·2007年9月，通用电气全球研究中心开发出了方案处理型（solution-processed）白光OLED器件，总功率转换效率峰值超过了14%。未来的目标是开发出45 lm/W的照明级OLED，使得近期可以在某些应用中取代白炽灯。

　　·2007年9月，Universal Display制造出了6平方英寸的OLED面板，产生了100流明的亮度，效率为31 lm/W，亮度为3，000 nits。比目前的荧光灯要亮。

　　·2007年6月，柯达开发出了全新的白光OLED器件，提取效率达46%，比以往的器件有了很大的改善。

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