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LED将成照明主角性价比的提高推动普及

发布时间:2018-08-12 15:44热度()我要投稿
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导读:以“防止全球变暖”为号令,将高发光效率的灯泡式荧光灯替代白炽灯泡的动态正在照明行业展开。电器店的照明器

  以“防止全球变暖”为号令,将高发光效率的灯泡式荧光灯替代白炽灯泡的动态正在照明行业展开。电器店的照明器具区内摆满了大量的灯泡式荧光灯。而且,高发光效率的荧光灯还在不断推出效率更高的品种。

  但展望照明的未来,荧光灯不能说是最终答案。由于效率更高,使用便利和设计自由度高,期望把LED应用于照明用途的呼声不断高涨。在此背景下举办的照明展会“Lighting Fair 2009”(2009年3月3~6日,东京有明国际会展中心)更是让人感觉照明的未来将由LED来描绘。

  就连LED的权威人士也不禁为巨大的变化而瞠目:“可以说展品的90%以上是LED照明。这与此前的照明展会完全不同,令人非常惊讶”(美国加州大学圣塔芭芭拉分校教授中村修二)。大部分业内人士也都感受到了LED照明普及时代的即将来临。

  松下电工投放750款产品,为业内最多

  大型照明器具厂商都在计划把LED照明推向各个层面。松下电工就表示“LED已经可以应用于主照明”,2009年4月之后推出了第340号新产品,使其投放的产品种类达到业内最多的750款(图1(a))。松下电工计划到2012年实现300亿日元销售额,把LED照明的销售额提高到2008年的3倍以上。

  东芝照明技术也将在2009年陆续向市场投放LED照明新产品,其中有能够替代40W和60W白炽灯的灯泡式LED灯和高演色性基础照明等。在该公司展区,按照使用场景展出的各个产品都标有价格,营造出了各种LED照明都能马上购买的印象。

  初期成本2~3年回收

  LED照明跃升为主角的主要原因有二。一是性价比已经能够获得成本效果。这一点在大量使用白炽灯和卤素灯的商业设施中体现得尤为明显。松下电工表示,对于大量使用白炽灯的商业店铺,通过改用荧光灯,2~3年即可收回初期投资。荷兰飞利浦照明C.L.van Schooten认为,“如果将初期成本和运行成本相加,那么荧光灯的成本在2~4年内即可低于卤素灯等现有光源”。这就是LED照明得到积极推荐的原因。

  之所以有望实现较大的成本效果,原因不外乎是随着LED发光效率的提高,其耗电量大幅低于现有光源。例如,松下电工面向商店推出的相当于150W白炽灯的吊灯(配备16个LED,器具光束最大为1555lm)能够比白炽灯节能约87%,比FHT型荧光灯节能约30%。日立照明面向办公室等场所推出的方形高功率LED照明在降低耗电量的同时提高了亮度(图1(b))。该产品的耗电量为65W左右,直下照度为1200lx,“等于或大于荧光灯的亮度”(日立照明)。

  兼顾演色性与效率

  LED照明市场有望扩大的另一个主要原因在于左右照明质量的演色性的提高。以东芝照明技术参考展出的住宅主照明——薄型基础照明为例,其平均演色性指数(Ra)*高达约90,耗电量为38W,直下照度为500lx(图1(c))。

  蓝色LED在组合红色和绿色荧光体后,Ra可达90以上。此前虽然也有利用这一方式提高Ra的产品,但存在发光效率难以提升的问题。与现在大多数白色 LED采用的蓝色LED与黄色荧光体组合的方式(Ra70左右)相比,发光效率低2~3成。这一现象如今仍未改变。不过,随着LED开发的推进,发光效率得到了提高,即使提高Ra,也能够得到足以应用于照明用途的亮度。

  展会现场还能看到许多通过改进荧光体以外的方法,提高演色性的产品。比如在高效率白色LED上组合红色LED来弥补红色的方法就是其中之一。该方法由三菱电机照明和岩崎电气等公司提出,在确保高Ra的同时,实现了60lm/W左右的发光效率。三菱电机照明展出的吊灯色温为3000K,Ra为90。其目标是取代小型氪灯,耗电量可降低约88%。岩崎电气参考展出的灯泡式LED照明实现了85以上的Ra。耗电量为6W,器具光束为340lm(发光效率接近 60lm/W)。

  LED特有的调光功能

  随着LED照明凭借成本效果和演色性逼近现有照明,LED独有的特点也进一步在照明中得到发挥。而且,随着LED照明认知度的提升,市场“希望尽早使用”的需求也愈发强烈。会场中的很多展示都令人感受到这一点。

  作为利用LED独有特点的LED照明,典型范例是组合多色LED、除照度外还能够调节颜色和色温的调光功能。此类展示的周围汇聚了大批观众。具备调光功能后,LED照明将能够配合自然光进行调光,从而降低耗电量,而且还可以配合时间带和活动来改变气氛。

  调光方式多种多样。例如,东芝照明技术参考展出了采用日光色和灯泡色LED作为照射房间整体的间接照明光源,可以调整色温和照度的工作与环境照明(图 2)。松下电工则参考展出了通过在1个封装内配备红、绿、蓝3色LED芯片,实现了调光功能的吊灯。调光范围为色温2000~7000K。大光电机则展出了在红、绿、蓝基础上加入白色,通过组合4色LED实现调光的吊灯。该产品已于2008年上市,已经在服装店试衣间等场所使用、

  外观为灯泡,内部为LED

  能够满足“希望尽早使用”这一需求的,是可以安装在现有荧光灯和灯泡接口上的LED灯。用户无需特殊操作,只需按照更换荧光灯和灯泡的步骤即可完成光源的 LED化。此次Lighting Fair上展出了很多此类可以直接使用现有接口的LED灯。其中,形似灯泡的灯泡式LED灯可以说在形状方面有了较大的进展。

  此前的灯泡式LED灯与白炽灯泡相比,光照方向狭窄,外观差别也比较大(图3(a))。这样做的目的是发挥LED单方向照射的特点,有效利用光线。但照明器具厂商此次展出的灯泡式LED灯照射范围与白炽灯相当(图3(b))。即使在现有照明器具上安装灯泡式LED灯,外观上也没有大的变化,没有突兀的感觉,而且,照明器具的照射范围也不会因LED化而受到影响。

  在此基础上,LED灯还降低了耗电量。如上所述,岩崎电气的LED灯为灯泡色,接近60lm/W(图3(c))。除此之外,还有发光效率更高的种类,SunLeds展示的输入功率为9W的产品(制造商为STANLEY电气)中,灯泡色的发光效率为66.7lm/W(光束600lm),日光色的发光效率为88.9lm/W(800lm),远远高于10~15lm/W左右的白炽灯泡(图3(d))。其数值与灯泡式荧光灯的高附加价值产品相同。

  抛弃树脂封装,进一步延长寿命

  此外,东芝照明技术、三菱电机欧司朗、松下和牛尾光源等公司也发布了外观更接近白炽灯泡的灯泡式LED灯。在日本率先上市灯泡式LED灯的东芝照明技术发布的是输入功率为4.3W,发光效率为72.1lm/W(光束310lm)的白色款式、发光效率为53.5lm/W(230lm)的灯泡色款式。三菱电机欧司朗展出的是43.8lm/W(输入功率8W,350lm)款式,松下没有公开详细指标。

  牛尾光源展出款式的特点是舍弃了树脂封装LED芯片的方式,从而延长了寿命。“LED的元件寿命一般为4万小时。不使用树脂封装可以延长至6万小时 ”(该公司)。该款式在高散热底板上安装了11个蓝色LED芯片,使蓝光透过灯的黄色玻璃罩获得白光。一般来说,以蓝色LED芯片为基础的白色LED是通过蓝色LED发出的光线透过掺有黄色系荧光体的树脂封装来获得白光的。该公司表示,树脂容易因LED散发的热量而老化,此次,通过避免使用树脂,排除了老化因素。

  该灯虽然发射白光,但熄灭时的外观不同于其他灯泡式LED灯,发光面为黄色(图4)。输入功率为7.1W(带电源)时光束为485lm,发光效率为68.3lm/W。

  LED灯的单价还是灯泡式荧光灯的10倍以上

  虽然灯泡式LED灯的款式在不断增加,发光效率也越来越高,但课题依然存在。那就是价格昂贵。如果消费者购买的是带光源的照明器具,有些LED照明器具的价格能够降低到了现有光源照明器具的2倍左右。因此,在加入运行成本(电费与光源更换费用)后,LED照明器具的总成本低于现有光源照明器具(初期费用与运行成本之和)的情况越来越多。

  不过,单从光源来看,灯泡式LED灯为1万日元左右,是灯泡式荧光灯的10倍以上。在大量厂商展出灯泡式LED灯的同时,也有厂商对于市场推广态度消极,认为:“价格不压低到2~3倍以内就无法吸引消费者”。

  这一价差估计可以凭借量产效果可以得到消除。现在,灯内安装的白色LED的价格已相当低廉,安装5~6个高功率白色LED的灯泡式LED灯的光源成本只需1000日元左右。但是从目前的情况来看,在添加电源、外壳、电路板、散热部件组装成LED灯后,售价就会高达LED光源的10倍。“其主要原因在于 LED照明器具的数量还比较少。没有发挥出LED灯制造过程中的量产效果”(美国Philips LumiledsLighting日本地区副总裁山田范秀)。

  白色LED的价格下跌,达到光源单价1日元/lm的全面普及基准的时刻“已经近在咫尺。光源的价格与荧光灯持平的时期即将到来”(山田)。随着曾经昂贵的白色LED价格的下滑,展会的主角LED照明要想在市场上同样成为主角,发挥照明器具的量产效果,推动低价格化可谓是必要条件。

  平均演色性指数=表示色彩显示正确性的指标。记为Ra。平均演色性指数越接近100,再现的色彩越接近于自然光照射的情况。指数的计算以8种代表色为对象求平均值得来。

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