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LED新燈具已開始出現在零售貨架上，且許多人對于未來幾年LED產業的成長眼花繚亂。然而，LED照明通往成功的途中不會是一帆風順，因為需要克服一些意想不到的困難。 試圖把最新的技術強加給已經發展了超過百年的基礎設施并非易事。其中有些問題已經或即將得到解決，但是仍存在一些挑戰，其中許多挑戰會給那些已有答案的競爭者帶來機遇。現在要面對的幾個潛在的問題是價格、色彩質量、熱管理、規范以及用戶培訓。因為很大程度上這些問題并不是技術問題，因此如果沒有直接面對它們，設計工程師根本不需要對其有所理解。這些問題是變化的，取決于供應方設計何種新的照明燈泡或定制的LED照明器具。 LED新燈泡 美國政府規定2012年起將禁售100W以上的白熾燈，小型熒光燈預期會成為此禁令的最初受益者。但是人們想要知道，僅僅由于小型熒光燈比白熾燈節能這一經濟利益，消費者沒有完全換用小型熒光燈的原因。 事實上由于各種各樣的原因，很大比例的消費者已經拒絕了小型熒光燈，這些原因包括燈光閃爍、色彩渲染、可靠性與成本的對比、較慢的啟動以及對于其所含有的汞元素在環境方面的擔憂等。盡管沒有完全消除這些問題，小型熒光燈對這些問題已經有所解決，但是在許多消費者看來，小型熒光燈并不是想要的。短期內，如果所使用的100W白熾燈燒壞，這些消費者中的許多人會轉用鹵素白熾燈。 這就帶來一個問題：LED能進入這個空擋并成為消費者可用的選項嗎？目前為止，還沒有商用的LED燈具來取代無處不在的100W A19白熾燈。其原因是至今還不能對輸出為1500lm（100W照明燈管的典型輸出）的LED在A19型因素上進行物理層面的被動冷卻。 由于白光LED是非常高效的光源，大約可以將三分之一的輸入功率轉換為光，剩余的三分之二功率被轉換成LED中的熱量。因此在100lm/W，即大約100W功率必須被連續而快速地消耗掉。如果這些熱量沒有得到移除，LED燈管會迅速升溫到120℃這一最大工作溫度。 這個問題最終可能會通過LED的發光效率得到解決。去年，最佳的冷卻白光LED取得了100lm/W的照明效率；今年，若干種白光LED取得了120～130lm/W范圍的照明效率。這一趨勢在可預見的未來并不會衰減。 隨著LED轉換效率的改善，熱管理的改善程度大約是效率的平方。因為對LED供電的總功率在減小，且由輸入功率產生的熱量百分比也減小相應的數量。 LED照明效率的快速改善既是恩惠也是禍根。對此明了的客戶，通常也即早期的采用者，在購買產品之前可能會先等待技術的成熟，尤其是在當前LED高昂的售價面前。目前，75W PAR38 LED的售價在40美元左右，對于大部分的消費者而言這是一個高昂的價格，因為他們只要花費少于5美元就能買到小型熒光燈，而買一個白熾燈只需要幾個便士。 不錯，對于LED 10〜15年的使用壽命而言，40美元是一個合理的價格。但是消費者必須學會將購買LED作為他們家庭的資本改進行為，而不是一直以來的購買燈具這樣的消費行為。難道大部分消費者在這一轉換面前都要考慮他們的家庭價值是持平還是仍在下滑嗎？也許根本不會，但是消費者對節能技術的興趣會一直增加，因為我們看到大量市場團體在講解LED的諸多優勢。 避免立即廢棄 LED制造商同樣要面對的問題是，也許在達到商店櫥窗時他們的新照明燈具已經廢棄。隨著SSL的快速改進，上市時間至關重要。盡管實際的設計時間可以較短，但是從美國保險商實驗所獲取所需的證書，再到能源之星，需要幾個月的時間。 設計工程師在選取那些可能會花費幾年時間才制造完成的LED時必須保持慎重。因為LED產品采用相同的封裝，LED制造商很容易釋放更高的照明通量。隨著LED芯片技術的快速發展，LED封裝技術也在快速發展，并且會對LED性能的改進具有同樣重要的作用。LED制造商對此極為明了，并且隨之延長了他們產品的生命周期，此外如果可能的話，會使新型LED采用具有先前模型相同的PCB。 色彩質量也許是最難解決的問題。業界對于白光LED色彩可變性的測量和控制已經花費了大量時間和資金。對制造商而言，色度貯藏已經像OSRAM提供ANSI一樣花費越來越大。但是色彩溫度和緊湊的色度貯藏并不是問題的全部，因為具有相同色度坐標的光源可能會具有極不相同的光波長。如果光譜差異過大，在這兩種光源下會產生不同的非白色表面。 通常，對于具有相同色度坐標的LED光而言這不是問題，因為它們的光譜非常相近，即對于取代白熾燈而具有相同色彩溫度（隨之是相同的色度坐標）的某一LED光而言，這是一個潛在的問題，因為LED光譜與白熾燈光譜具有極大差異。 色彩精煉指數（CRI，Color Rendering Index）是衡量在某一照明光源下某一表面照明的感知顏色與同樣的表面在白熾燈下的感知顏色相近程度的指標。CRI為100時表示完美匹配。而CRI在80以上的LED即為良好，但是更具歧視性的消費者或許并不如此認為。 OSRAM介紹了他們通過在綠-白LED上增加紅色LED的產品Brilliant Mix（見圖1）。當紅光與綠-白光混合的時候會產生與白熾燈光譜更加匹配的白光譜，尤其是在紅色LED的光譜末端，因為通常此處常規的白色LED色度下降。結果是更高的照明效率和色彩精煉指數。 
圖1 通過在綠-白LED上增加紅色LED，OSRAM的Brilliant Mix與白熾燈光譜更匹配 LED照明器 短期內，LED新燈具是種揮霍，但是長遠來看對于定制LED照明器而言這是巨大的機遇，它可以使得100年來電器照明的約束得以避免。 相對于白熾燈和小型熒光燈發光效率低下的特點，LED具有巨大的優勢。相對于傳統的白熾燈和小型熒光燈，LED可能會帶來更復雜的形式因素，以及更有趣和有用的照明圖案。為了獲取這些優勢，那么就要定制LED照明燈具。LED還能提供諸如可調的色彩溫度、增強的亮度以及智能控制等附加功能。 試著想象一下這種照明燈具，它不但可以調暗，而且可以選擇想要的色彩溫度。換言之，你可能會想要在房間里增強光線強度，或者增加光線色彩。LED是實現這種照明燈具唯一的一種光譜具有足夠可調空間的光源。盡管這在技術上是可行的，但是創造一種能使這些調整具有直覺性的用戶界面卻充滿挑戰。能設計出通過簡單控制實現可調色彩LED燈具的制造商將會具有獨特的競爭優勢。 另一個可能性是提高照明級別，尤其是在辦公區域。人眼在40歲之后開始逐漸失去聚焦能力，甚至那些具有極佳視力的人在40〜50歲的時候也要借助眼鏡來幫助提高視力。盡管如此，許多時候，這些人也許在戶外不需要借助眼鏡提高視力，因為人類的眼睛在強度較大的照明條件下會看得更清楚。當LED效率達到150lm/W級別的時候，將辦公照明提高到1000lx是可能的，而不是現有條件下大部分辦公室典型的300lx。 當人們開始考慮常規照明的約束的時候，LED照明的機會就更多了。典型的家居照明每戶需要大概能承受20A電流的電路。如果所有的天花板照明燈具都換為LED，一個10A（或者還要少幾安培）的LED就足夠為整個房子提供照明。并且由于LED本質上是一種低壓器件，設計工程師可以用幾乎任何電壓實現照明電路。轉換到12V或24V直流系統會消除由于屋頂上大量的標準布線帶來的極大的布線成本，尤其是當前銅的價格處于高位。 低壓電路還能減少火災以及觸電危險，并且能提高光伏/電池系統的效率。自然地，轉換到低電壓對新建筑而言更加合理，但對于放棄了尖頂的改造建筑同樣可行。然而由于建筑標準的缺乏會使得這一進展受阻，因為那些還需要一些學習過程的電工要來做這些安裝工作。 長期的問題 LED照明器設計者所面臨的其他特定挑戰是由于LED的最重要優點之一—長壽命。首先，LED照明燈具的其他部件必須具有與其相當的壽命，即在50 000到70 000小時量級。LED驅動器尤其要設計為具有高可靠性和長壽命。此外，熱管理對LED而言與LED驅動器同樣重要。驅動部件的選擇及其重要，并且如果你使用外包的制造商，那么你要確保他們不會使用較低質量的替代品——當你的外包制造商在海外的時候這更困難。 世界范圍內的分布將有助于管理你的供應鏈，保證你的產品是由合適的部件組成。 盡管LED燈具具有10〜15年的壽命，客戶仍然期望LED照明器的使用壽命是無限的。當15年后LED燈具失效了，或者太暗了，客戶并不是一定要購買或安裝全新的照明燈具，因為損壞的僅僅是照明燈具中的LED。 客戶會期望制造商更換LED或者LED模組。 當你的照明器中的LED失效的時候，你在照明器中所設計的LED可能10年前就過時了。由于工業標準的缺失，你的LED板或者LED模組將是特定的設計，即沒有第三方會提供模組或者板子的替代物。而如果你不能提供LED替代品，客戶將會對你非常失望。 在接下來幾年里，產業界如何解決這些棘手的問題將是非常有趣的事情。通常，新技術會帶來技術上和商業上的挑戰。技術問題可能看起來是最難克服的困難，但是通常商務上或者管理上的問題會阻礙其進展，并且最終決定技術的結局。有一件事情是確定的——這將是一個愉快之旅！ |
