OFweek半导体照明网讯 1962年，当美国专家尼克·何伦亚克（Nick Holonyak）研发出第一颗LED时，几乎没有引起关注。唯一一个在读者文摘杂志上展望LED的革命性未来的人，就是尼克·何伦亚克自己。经过了整整40年，照明产业才认识到LED的特殊属性，开始学习如何去应用它们。现在，LED是整个照明产业最具活力的发展领域。

图：LED之父尼克·何伦亚克

　　那么，是什么让LED显得如此特别？它的属性和参数是如何帮助它胜过传统光源的呢？为什么建筑师、零售开发商和空间设计师越来越偏向于在他们的照明系统设计中使用LED呢？像任何问题的答案一样，我们可以简而言之，也可以细细道来。简而言之，LED高效率、长寿命、显色出众、色温多样、成本效益高和环保。但是，如果我们想真正理解，我们必须详细地了解各个性能，来看看LED到底是什么。

　　LED的原理

　　LED是一种电致发光的半导体二极管，每个二极管都有两个半导体：产生电子的N型半导体和产生空穴的P型半导体。当电流通过时，N区的电子和P区的空穴复合产生光子（通常称之为电磁辐射），其中一部分光子发出可见光。
 

图：LED发光原理

大部分LED发出的光集中在可见光的蓝光部分，需要通过荧光粉涂层把它转化为白光。LED发光的晶粒部分，事实上就跟铅笔戳个点一样小，它需要被封装起来，封装芯片用来改变光线和保护晶粒。

图：LED晶粒和封装芯片

图：LED的白光可由蓝光LED涂装黄色荧光粉获得。早在1700s，大牛牛顿就在颜色混成试验中发现了白光可由蓝光和黄光混成这一现象。

　　LED是如何做到高效？

　　基本而言，它的特点是小颗粒通过小电流就可以发出大量指向性的光。LED的光束角通常在15°到180°，这就可以精确控光、使得光线在灯具腔体内的损失最小化。这是明显不同于传统光源的地方，传统光源通常发光角度很宽，很多光线逸散在了根本不需要的方向。这就意味着，使用LED光源时，使用比较少的光就可以达到同样的照度水平，降低了能耗。

　　另一方面，LED本身的发光能力更强，也就是发光效率更高。白炽灯的电光转换率是大约5%，荧光灯30%，LED 40%。另一个衡量值是光源的发光效率，也就是光源把1瓦电功率转化为光通量的效率，单位是lm/W。90年代中期第一颗白光LED的发光效率大概是0.1lm/W，现在商用的冷色温白光LED，发光效率已经高达160lm/W，实验室数据已经超过250lm/W（CREE宣称实验室数据已经达到303lm/W），说明LED的潜力非常巨大。

图：光源的发光效率
 

图：LED发光效率趋势图（图片来源：CREE）

显色指数和色温

　　在零售空间照明设计中，显色指数和色温是至关重要的。LED光源在这方面的强大优势使它更适合于这一类复杂的照明应用场所。LED可以通过调试荧光粉发出色温在2500K-10000K之间任何K值的光，这是传统光源无法做到的。甚至可以利用LED技术，在一个灯具里对色温进行调节，这对快速变化的零售环境而言非常灵活和实用。

图：通过荧光粉调整LED光源的色温

图：白光LED和各种颜色LED光谱
 

　白光也可以通过RGB混合而成，这种RGB混光方案可以在纯白光之外，提供数以百万计的可变换的颜色，给零售空间照明解决方案提供了新的机遇。但这种解决方案存在的问题是：

　　1、正确的混光比较困难；

　　2、显色指数会下降。

图：在应用中调节LED光源的颜色和色温

　　在显色性方面，LED的一般显色指数CRI可以做到98。对于零售空间而言，CRI＞90才可以达到好的人眼难以识别差异的显色效果。同时，特殊显色指数在其中的作用也至关重要，因此我们应该关注整个R1-R15。跟色温一样，LED在这一方面具备调节能力，而其他光源很难做到这一点。

　　这样，在商业空间里，LED宽范围可得的色温和高显色能力能使任何商品都得到充分而真实的展示，而RGB则可以用来加强零售空间的趣味性和戏剧效果。

　　LED的寿命

　　LED的寿命怎么样呢？好的LED产品可以达到50000h寿命，失效率也很低。在商业空间的实际运营中，意味着如果每周7天，每天12小时，LED灯具可以服务11年，这是传统光源所无法达到的。当然，光衰造成的照明效果的降低是无可避免的，这一点需要在照明设计初期予以考虑。

　　对于LED灯具而言，有效的散热非常重要，因为热量的累积会造成发光效率的剧烈衰减。所以在实际使用中，一定要选用散热设计好的优质灯具。

　　图：LED的发光量会随着时间而衰减。因此，在照明设计时，LED的寿命应该根据不同的应用场合来进行确定。比如，对于应急照明而言，应该采用L80，亦即将LED灯具的光通量衰减到初始光通量的80%时的寿命作为其设计寿命。在一般照明中，则可以按照L70或者L50来进行设计。LED的寿命很大程度上取决于环境温度和散热设计，如果灯具运行在较高的环境温度（如图中Tc(1)），或者灯具的散热设计很差时，它的寿命会大大缩减。
 

LED的成本效益

　　LED这么贵，为什么还说它的成本效益高呢？

　　是的，LED很贵，但对于成本效益而言，这只是其中一个考量因素。（同样，对于现在已经不贵的LED产品，你也得清楚，这只是其中一个考量因素！）

　　如果我们全面的考虑成本效益的话，要从全寿命周期来看，也就是说要有全寿命周期成本的概念，而不只是考虑初始成本。就像前面所说，LED比传统光源更节能，据估计，如果所有的光源都替换成LED的话，可以节省30%的能源，而照明，差不多占到人类能源消耗的20%。对于更老更耗电的光源比如白炽灯，通过简单的更换LED灯泡，就可以达到70%的节能效果。

　　但是，等等，不止于此。

　　LED的寿命更长，所以全寿命期间更换成本和维护成本更低。

　　LED的红外辐射几乎可以忽略不计，相比传统光源产生热量更少，所以空调系统的能耗更低。

　　LED可以通过控制系统进行更加灵活的控制，包括通过人员和日光感应进行开关和调光，大大扩展了节能潜力。

　　最后，led更加安全和利于回收，不像很多传统光源，由于含有危险物质比如汞，回收时需要特殊的设备和复杂的工艺。

　　图：某方案投资费用曲线。如果从全寿命周期来综合考虑初始投资和运营成本，贵还是不贵，往往会呈现出另一种景象。

　　为什么说LED环保？

　　首先，LED消耗更少的能源，意味着耗费更少的资源，这就减少了发电过程中的能效损耗和由于发电而产生的环境污染。

　　据资料，在我国，火力发电占比70%，而在煤炭中含有大量的汞。因此，平均每度电的汞释放常量0.152mg，而如果取每mg汞污染地下水的常数为20吨，则每多生产一度电，会造成3吨地下水污染。同样，二氧化碳排放常量为0.997kg/kwh，意味着每消耗一度电，都会排放0.997kg二氧化碳，每一千度电相当于71棵成年雪松每年吸收的二氧化碳数量。

　　其次，相对于传统光源而言，LED含有更少的有害物质。大部分传统光源含有较大数量的气态有害物质，光源破损的时候会产生危险，处理的时候会产生伤害。LED只含有少量的固态的这种物质，避免了破损时对我们产生伤害，回收的时候也很方便进行分离处理。