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LED照亮了谁的眼睛?

5已有 1087 次阅读  2010-08-26 16:47   标签LED  眼睛 
 
 

“上帝给了我黑色的眼睛,而我却用它来寻找光明”。——顾城《一代人》

于是现代人找到了LED,就以为找到了光明。

小到手电筒,大到路灯。凡是和LED沾上边的必然代表未来的潮流,超高光效(90%?),超高寿命(10万小时?),超高色域(100%的NTSC色彩区域)。一个又一个神话使LED俨然成了科幻小说中的人造太阳。当然,这个太阳只见光,不见热。

跟着是各地朝圣似的撒银子,生怕赶不上末班车。赌技术革命的有之,赌国家未来会像废掉白炽灯一样废掉节能灯(因为节能灯含汞)的亦有之。

广种之后是丰收还是薄收?

神话的背后是天使还是撒旦?

让我们把LED拿出来称称斤两。

1.光效

光效是LED最常被人挂在嘴边的优势。但容易被人忽视的一点是用来凸显LED高效节能的参照物经常是能效最低的白炽灯。而眼下国家正大力推广的节能灯(荧光灯)却很少被提及。与节能灯相比,LED有优势吗?

理论上如果1W的电能全部转化成光,以人眼敏感的蓝绿光计,大约670lm,如果是连续光谱的白光,100%转换,黑体辐射光谱,1W可以转换出242lm左右。这是理论的极值。

实际上,民用普通的LED能到70 lm/W不错了,大多数还是60以下。

欧司朗的高效螺旋节能灯初始流明数为61 lm/W(23W),同等功率下LED灯价格没有可比性。

低压钠灯,是目前发光效率最高的气体放电灯,超过250lm/W,码头,仓库常用,显色指数奇低,看什么都是黄黄的。石英、陶瓷金卤灯,光效>80lm /w,CRI>80%;高压钠灯,光效>100lm/w(GE高效钠灯高于125lm/W),显色指数有高有低。这两种灯都必须配套相应镇流器,电感的、电子的。两种高强度气体放电灯HID都必须有高压点火装置才能点燃(一般在1000V 到 25000V 左右,视不同场合,不同的灯泡)。LED绝对不需要高压点火装置,但需要“镇流器”——恒流源。

小功率场合下(<20W),气体放电灯基本不是LED的对手,不管是灯的成本还是镇流器。大功率(>100W),比如路灯广场等场合,就目前看,还是高压钠灯,金卤灯的天下。家用市场就目前产品来看,最适合的还是高效节能灯。

欧司朗T5 单管电子支架14W(含光源)16元,而欧司朗14w T5 高光效荧光灯HE 14 W/865在35 °C 时光通量为1300lm,光效比86lm/w。与之相比,CREE虽然号称1w的芯片可以做到208lm/W已经接近理想光效,但这是实验室超大面积低电流的结果(LED光效与电流成反比),并不能作为实际应用的参照。在实际应用中CREE的最高端的S2在1W时可以达到150lm,而国内手电市场最常见的Q5大致在100~110lm,注意这是在电流为350ma的条件下(对应功率为1W)得出的结论。同样Q5,在电流达到1A的时候(对应功率为5W)通光量仅为235~250lm,相当于50lm/w,电流增加了2 倍,光通量仅增长了1倍,光效降低了1倍。目前Q5包含电路板的价格在25元左右。可见,目前照明领域LED的优势在于其小功率、可移动、驱动电路简单(相对于荧光灯的镇流器、高压包)的环境,而非亮度。

2.色域、光谱

电致发光的机理使LED的光谱不连续,只覆盖很窄的范围。肉眼看上去感觉很刺眼,但照到物体时白茫茫一片又看不真切就是这个原因。可能有人会说,既然不是连续光谱,为什么那么多LED显示器,LED电视呢?还宣传色域远远超过传统的CCFL(冷阴极荧光管)方式?

由CCFL改用LED,从各个厂商的宣传上来看,最主要的优点在于提高画质和大幅削减机身外观厚度两方面。这里面需要先明确一个问题:这两个优点采用了两种既然不同的技术,不会出现在一种产品上,呵呵。

提升画质的是RGB-LED,说白了是通过红绿蓝三色LED合成白光,大致与三基色荧光灯相对于普通荧光灯的机理类似,不是老有人说光谱窄吗?我就用三原色拼一个出来。采用这种技术的显示器多为直下式布置(即发光元件垂直分布在液晶面板后方)。其优点是RGB-LED背光源可以达到NTSC色域标准的80%以上。缺点是耗电(三基色合成)、体积大(直下式照射)、价格(以至于目前市场上没有一部LED电视采用的是RGB-LED背光源系统,在夏普XS1A、索尼X4500两个传奇之后,RGB-LED已经成为传说。)

另一种则是时下正当红的白光LED(W-LED)背光源。说来有几分滑稽,为了能够产生连续光谱,W-LED的白光并不是通过电致发光产生的,而是绕了一个圈子,通过电致发光产生的蓝光激发封装在LED内部的荧光粉发光。目前的技术有蓝光+YAG荧光粉、蓝光+红荧光粉/绿荧光粉和紫外线+红绿蓝荧光粉三种。和听起来很耳熟不是?没错,和传统的三基色荧光灯类似。只不过作为触媒一个是高压产生的紫外线,一个是二极管内部电致发光产生的蓝光(紫外线)。闹了半天,口口声声要替代CCFL的W-LED原来和CCFL是远亲,惨烈技术竞争的背后是兄弟争宠,喜剧了不是?

相似的发光机理决定了CCFL与W-LED这对近亲有着相似的色彩表现,功耗上W-LED稍有优势(估计相对于CCFL的高压板,LED驱动电路对功耗的帮助更大)。采用W-LED的显示器多为侧置式,最大的特点是外观可以做得薄如蝉翼(三星C7000系列液晶电视厚度仅为2.69cm)。缺点一大堆:漏光,中心亮度不匀,整体亮度偏低,由于采用多个发光体使用一定时间后如出现光衰减会影响画面的一致性。

3.寿命

与光效、光谱相比,LED在使用寿命上的优势是最没有异议的。生命周期动辄数万小时,足以傲视群雄。在lm-80-08规范中led L70寿命的标准测试时间就是6000hr(下限) ,建议测试时间是10000hr,根据美国能源部2008年公布的结果,13个产品中的7个产品在6000hr时还有初始光输出的96%,与 L70=50000hr的衰减曲线接近。但长寿有一个前提:使用温度与电流必须控制在合理的区间内。寿命的天敌是散热,一般LED的结温不能超过80度,否则寿命大大缩短。这与一般半导体器件的允许结温150度相差甚远。现在大多数LED的封装基本是 1、铝基板,2、陶瓷基板。使用时必须与散热器有良好的热耦合。高温的直接原因是大电流“超频”。由于不同规格LED之间价格相差甚远,一些厂商为了使LED更亮,人为加大电流。前面说过,电流与光效成反比,电流从350ma增加到1A,光效从100lm/w下降到不到50lm/w,多余的能量显然以热量的形式散发。看看飞利浦的LED灯具下方像暖气片一样的散热片,呵呵,谁再敢说LED是冷月亮?

典型的例子就是街头的店铺招聘,白字内发光的那种,如果觉得昏暗的,十有八九是LED光源的。这东西刚装好的几天,很亮很亮,半个月时候就不行了。这时候如果拿个红外线温度计探下外壳,都有七十几度,长时间大电流再加上密闭箱体,寿命能长就奇怪了。

 

最作为新光源,LED的优点与缺点都非常明显,小功率的直流或移动照明领域,优势非常明显;电视背光最大的优势是外观而非功能;大功率照明部分,可能眼下最佳方式还是类似欧司朗的双子星系列(LED与节能灯二合一,节能灯负责主照明,LED负责长明灯)。用做运动的方式做技术只能被技术运动,在振臂高呼要照亮全世界之前,还是先照清楚脚下的路再说。

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