LED光源的新型台灯、环保节能的技术探讨

LED 光源的新型台灯、环保节能的技术探讨

台灯是室内照明的辅助灯具,台灯多被用在写字台、办公桌上,也有用于床头柜上。目前,传 统台灯的光源主要有白炽灯(热辐射光源)和荧光灯管(气体放电光 源)两种:白炽台灯一般用 40w~ 60w,可以保证工作面上有足够的照度,而荧光台灯多用不透明而且能反光的金属罩,表面喷漆,放 射光线能增加工作的照 度,金属罩应有一定的遮光角度,这样既使工作面上的照度比较均匀,又能 使灯管发出的光线不致直接刺激眼睛。但上述台灯的光源却也存在如下的缺点: A、白炽灯:缺点是发热量大、耗电、发光效率较低、使用寿命短。 B、荧光灯管:缺点是显色性较差(光谱是断续的)特别是它的频闪效应,容易使人眼产生错觉, 需要在设计上采取措施消除频闪效应,另外灯管内存在着有毒的汞蒸汽,不环保。 本文提供了一种以半导体发光二极管(LED)为光源的新型台灯,其光源具有低压直流驱动、无频 闪、极低功耗、光线集中、环保、使用寿命长、易于控制等诸多优点。具体的说,研制半导体环保节 能台灯的必要性主要有: 1.1 半导体 LED 是绿色照明理想的光源 与传统的照明工具相比,LED 照明工具,特别是 GaN 基白光 LED 照明,在功耗及寿命方面均有不 可比拟的优越性。传统白炽灯采用热发光技术,浪费了 90%的能源,而发光二极管的效能转换率却非 常高。由于半导体照明具有节能、长寿命、免维护、环保等优点,业内普遍认为,如同晶体管替代电 子管一样, 半导 体灯替代传统的白炽灯和荧光灯也是大势所趋;半导体 LED 越来越被认同是绿色照明 的理想光源。 1.2 意义简述 目前, 涉足白光 LED 的照明产品(如本文探讨的半导体环保节能台灯)的企业基本上处于产品的研 发和试产的阶段。我们与国外企业的差距并不大,只要从现 在开始抓紧,我们在半导体光电子领域 就一定能够有所作为, 这对我国照明传统产业的技术转型和提升照明产品的国际竞争力有迫切而实际 的意义。LED 照明灯具 包括半导体环保节能台灯,从技术领域来看,也处于研发及小批量生产状态。 LED 照明灯的技术水平, 国际水平和国内水平相差不大, 基本可以说国内及台湾的发 展水平略处于国 际水平,因为 LED 照明灯的生产居于劳动密集型产品,在我国珠江三角洲地区正拥有世界上最丰富的 灯具配套市场,因此拥有较好的技术基础。 据分析,中国将可能是最大的 LED 照明产品生产国及出口国。国内包括台湾地区,各种 LED 照明 产品技术及产品质量良莠不齐,绝大多数都技术含量低,产 品质量不高,产量小。而对如此大的市 场,将 LED 照明产业化是当务之急的大事。半导体环保节能台灯将成为 LED 照明灯具进入普通家庭的 重要的产品之一。 国内许多地方都出现不同程度的用电紧张的情况, 研究低功耗的半导体环保节能台灯也是当务之

急。 二、市场需求 2.1 发展契机 按照目前的技术水平和发展趋势,半导体照明普通市场开始启动的时间大约会在 2006 年前后, 在未来的 5 至 10 年内, 这种半导体灯具很可能成为下一代照明的主流产品。 与此同时面对半导体照 明的巨大商机,世界各国纷纷行动,以美国、日本、欧盟等国也纷纷开展半导体照明计划,将半导体 灯代入普通的日常照明领域。 我国也于去 年开始了国家半导体工程, LED 行业迎来春天。 计划到 2005 年年底之前的这段时间将是半导体照明工程项目的紧急启动期,从 2006 年的"十一五"开始, 国家将 把半导体照明工程作为一个重大工程进行推动。 这也为半导体环保节能台灯的推广应用提供了良好的 发展契机。 2.2 半导体环保节能台灯的吸引点 市场对于台灯的要求可以从两个方面划分:一是追求个性化,由于书桌在居住环境中的地位越来 越重要,因此,书桌上的重要摆放也成为主人个性及爱好的体现;二是多功能性及保健性,无频闪。 半导体环保节能台灯将充分体现上述两大卖点。 2.3 环境现状的分析 目前国内缺电的现状 2~3 年内不能彻底解决,电力供应紧张势必造成电价的提高及节能电器产 品的热销。半导体环保节能台灯最重要的一个特点也即将会促成热销的一项便是其低耗省电性能。 三、主要技术特性与构造 3.1 光源分布 半导体环保节能台灯作为局部照明如读书写字之用,要求的照度和照度均匀度比较高,需要把许 多发光二极管串联或者串、并联结合使用,这就涉及到光源的分 布问题。根据 LED 的发光强度、发 光角度以及体积小等的特性,可以把多颗 LED 按照一定阵列(如矩形阵列、圆形阵列等、复合阵列等 等)整合在一块适当的电 路板上,再安装在相应的造型结构里,从表面上看整个平面就形成一个发光 面,故把这样的一个装有 LED 的平板式的结构称之为 LED 发光板。 可以把发光板看成是由一些规则的或专门设计的发光单元(模组)通过插接或别的联结方式而构 成。该发光单元可以由一颗、两颗或多颗 LED 按一定规律排列 而组成,如 4 颗 LED 可以设计成一个 2×2LED 的矩形阵列的发光模组,这些发光模组可以很方便的拼装成大的发光板。简单的说,发光单 元(模组)其实就是 一个小的发光板。 3.2 电源 LED 属于低压直流器件,其正向导通电压的典型值 3.0V~4.0V,驱动电流为 20mA。LED 作为一种 电流型器件,根据 LED 伏安特性可知道。为了使 LED 正常在稳定、可靠的工作状态,则必须为 LED 提

供恒定电流。 所以,恒流电源被认为是研发半导体环保节能台灯的一项重要内容。照明台灯所用到的 LED 一般 多为白光 LED,可以用作白光 LED 驱动电源的集成器件品 种较多,大致分属恒流源、电荷泵和开关电 源三种类型,但专为 LED 照明系统配套的恒流电源目前还属欠缺,主要存在几个拟解决的技术难点及 目标:电流检测负 反馈功能、较宽的电压波动范围、较高的电源转换效率、高安全高可靠性以及较 低的成本。 3.3 照度 LED 台灯光源的方向性与传统灯泡及荧光灯管的大面积照射不同。根据笔者所在的深圳市沃科半 导体照明有限公司所研发的 LED 台灯检测的结果显示, LED 台灯处于正常工作位置时, 以光源光中心 在桌面上的垂直投影点为中心,测量到正中心处的照度一般可以达到 700lx 以上。照射范围也能够满 足阅读、写 字的要求;在有效的照射范围之内,其照度均匀,无频闪。照度和照射范围跟采用的 LED 的参数、数量和排布有关。 3.4 色温 色温是用来表示光源颜色的量。当光源发射光的颜色与黑体在某一个温度下辐射的颜色相同时, 黑体的温度称为该光源的颜色温度。在阅读时色温偏高和偏低都 会对人的眼睛产生不良影响。最适 合阅读的色温一般在 3300~5300K。半导体环保节能台灯的色温选择范围比较大,可以很方便的通过 对 LED 的选择而设 计成接近自然光的色温。 采用三基色的半导体环保节能台灯的色温可以调节, 色温可调的半导体环保节能台灯一可以作为 阅读灯具,此时的色温应调节在 3300~5300K 的范围之 内;二可以作为家居灯光装饰灯具,色温可调 节在 3300K 以内,此时的颜色特征属于暖色,给卧室等环境增加一些浪漫的暖和舒适的气氛。 3.5 功率 普通的半导体环保节能台灯功率一般在 3W 以内,如一个采用了 20 颗 LED 的台灯,其所耗的功率 也仅仅为 1.6W 左右,远远比白炽台灯和荧光台灯要低。 当然,单只大功率 LED 器件的功率一般在 0.9W~2W 之间,也可以用在台灯上,比如光源用了 5 颗大功率 LED,总的耗电功率也在 10W 之内,但 其发光效 率、发热量却不太理想,价格也相应要高很多,即综合性价比不高。 3.5 构造 与传统台灯结构构造区别最大的是光的重新分布部件。传统照明光源为白炽灯或荧光灯等,其发 光特点是光辐射几乎占据整个空间,因此需要用反射器将其它方 向上的光收集起来,投向要求的区 域。通常采用的是抛物面反射器形成近似于平行的光束。而半导体环保节能台灯,往往根据 LED 发光 强度不同,在其中分布几个 至几十颗 LED。 由于 LED 发出的光线集中于一个较小的立体角范围,在某些场所已经可以满足局部照明的需要, 但如果需要更大的照射范围,那就要使这些 LED 产生的光在 通过一系统透镜,而产生我们所要求的 光分布。拟采用聚碳酸酯等新型材料制作光学透镜做为研究创新突破点,目的和原则是在达到光学指

标情况下,进一步降低半 导体环保节能台灯的成本,进一步提高半导体环保节能台灯局部照明的经 济性。 四、结束语 随着绿色照明概念的提出,研制新型的环保节能台灯成为当务之急。深圳市沃科半导体照明有限 公司立足于科技服务社会,不断努力,业已研发出一系列半导体 环保节能台灯,成为国内将半导体 LED 用于室内照明的最重要的先驱厂家。其推出的实用新型的台灯,由于以发光二极管为光源,再配 以专门设计的外形结构,可 极大限度地利用光的效率,给人以温馨或者恬静的感觉,特别适用于家 庭、宾馆以及办公室等环境的工作、学习、休息等照明与装饰的需要,由于基本消除了频闪, 使得 灯光对视力保健更有效果,同时,还具有节省电能的效能。 具体包括: ①采用恒流驱动,消除发光频闪,能有效的保护视力,预防近视; ②专业的光学设计,独特的结构设计,充足的照明空间,使学习、工作、居住环境更加舒适,更加安 全; ③采用高品质的交直流转换与 3.5W 以内的 LED 矩阵的完美匹配,其光衰系数非常小,灯具使用寿命 更长久; ④采用高显性能 LED 使得物体更亮丽、逼真、光线更柔和,适合于工作、阅读、书写等局部照明与娱 乐之用; ⑤配置有储电装置,可反复充电,平时由市电供电,当市电供应断开时,可转为由储电装置供电。综 上所述,本实用新型台灯提供的光线照度均匀、无闪烁,并且产品使用寿命长、省电、反应速度快、 环保、防爆、冷光源、安全性高,适合一般的工作、学习、居住等局部照明之用。 相信随着科技的发展,未来的照明光源将以环保节能的半导体发光器件为主,更易控制和实现多 功能化和智能化。


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