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0431-81702023
光學工程
大功率LED在臺燈燈具中的應用

       隨著國家“中國綠色照明工程”的啟動,國家經貿委等13個部門,共同組織實施的一項旨在節約電能、保護環境、改善照明質量的活動。“綠色照明”是指通過科學的照明設計,采用效率高、壽命長、安全和性能穩定的照明電器產品來達到改善人們工作、學習、生活的條件和質量的目的,從而創造一個高效、舒適、安全、經濟、有益的環境,以期充分體現現代文明照明。
      大功率LED是一種新產品,是國家綠色照明工程中明確推廣使用的產品,但在照明領域中 特別是民用照明領域中幾乎還沒有具體的應用,LED照明光源與其它光源的原理、器件和燈具的結構、性能等完全不同,又沒有相關的國家標準可以作為設計依據,更不能簡單地套用以前燈具原有的標準。南京漢德森半導體照明有限公司在國內領先研制成功大功率LED臺燈,已經實現批量生產并面向市場全面推廣,在市場中獲得了用戶和中間商的認可和支持。
      為了能夠更好地進行大功率LED照明燈具的開發,提高大功率LED燈具的使用性能,為大功率LED在照明領域的應用和推廣貢獻一份力量。我們結合開發大功率LED工程燈具的經驗和這次開發臺燈產品中的相關設計要求,總結出大功率LED臺燈產品開發過程中的一些設計要點和經驗供參考。 
1、臺燈的使用要求
      臺燈一般用在閱讀、書寫、設計、批閱等辦公或學習照明等場所。對于做桌面工作的人來說,保證工作區的良好的視覺環境,對提高學習和辦公的質量,提高工作效率及保護身體健康有很大的好處。在使用臺燈的場所,如果燈光的照度低和顯色性不佳,會導致閱讀者視覺疲勞,而燈光光線長期地頻閃或有眩光會給人的視覺神經系統帶來嚴重傷害,所以要特別注意照明的質量。只有充分地分析照明的特點并選擇合適的燈具,才能讓我們的學習和工作變得更加舒適,愉快,同時使生活變得更加豐富多彩,從滿足人類照明舒適、健康的角度出發并考慮到能源的節約,良好的照明應具備五個條件。 
1.1桌面照明要有足夠的照度
      以目前,我國學校及寫字樓等照明場所普遍采用的照明設計標準是80年代制定的,其中辦公、學習的桌面照度標準僅為國際標準的1/2,國際標準為300~500(lx),而我國標準約150lx。新標準已達到國際標準水平,照度太低或太高會導致閱讀的困難,容易造成視覺疲勞,影響閱讀和工作效率。
1.2顯色指數大于80
      顯色指數即為光對顏色的還原程度——顯色性。在顯色指數較低的燈光下(一般熒光燈為60~00)閱讀,眼睛對顏色的分辨能力低,容易造成視覺疲勞。一般臺燈照明的顯色指數應大于80。
1.3光線要穩定
      如果燈光足夠“亮”,但卻在不停地“閃爍”,光線不夠穩定,我們說它存在“頻閃”。當頻閃超過一定的范圍時,會產生視覺疲勞,而長期的視覺疲勞會對人的視覺系統造成損傷。長時間在這種照明環境閱讀或工作會損傷眼睛,并有眼脹頭痛等不適癥狀。
      在電腦日益普及的今天,許多人在燈光下使用電腦,通常電感鎮流器熒光燈的頻閃和熒光屏的幀幅閃動(每秒更換畫面50~100次)重疊,形成光共振,對人的視覺系統傷害更大。所以,歐洲電工委員會早在1990年就禁止在有電腦熒光屏的辦公室安裝使用電感鎮流器的熒光燈,以保護電腦操作人員的健康。而我國目前對此尚無相應法規,加之宣傳較少,故未引起人們的重視,但隨著“城市燈光綜合癥”發病率的日益增高,相信與之對應的法規的出臺只是時間問題了。
1.4無眩光

      人眼受到眩光影響后,會感到刺激和壓迫,失去明快舒適的感覺,時間稍長就會產生心情厭煩、急躁不安等情緒,對閱讀和工作都會帶來嚴重的不利影響。
1.5使用綠色照明產品
      推廣采用節能光源一直是我國的節能政策,提倡綠色照明就是指對環境友好,要使照明產品不對環境造成不利影響,同時又能體現現代文明的照明文化。綠色照明的核心是選擇高效、節能、環保的光源、附件及燈具。只有充分節約能源,才能減少發電廠對大氣CO2,SO2和NOX的排放,從而減緩“溫室效應”,減少酸雨的產生,避免人類長期生活在一定濃度的SO2和NOx空氣中而產生的呼吸道類的疾病。同時綠色照明產品制造過程和廢棄過程對環境破壞要小。
2大功率LED臺燈特點
      大功率LED臺燈產品的應用是一個多個學科的融合,影響產品的因素很多,主要包括大功率LED的性能和參數、工業造型設計、光學設計、熱設計、電路設計、結構設計、加工工藝、生產工藝等環節。在設計和生產過程中必須充分考慮相關因素,任何一個環節出現偏差都會影響產品的性能和效果。
2.1大功率LED
       LED是典型的綠色照明光源產品,作為國家綠色照明推廣使用的產品,由于目前常見的支架式和片式LED熱阻大、光衰大、光通量小,很難勝任作為照明光源的重任,所以大功率白光LED光源是必然的選擇。
其產品特點如下:
      (1)效率高:大功率LED的發光效率已>45lm/w,更由于LED的光譜幾乎全部集中于可見光波段,光效遠遠大于白熾燈并逐步接近節能燈和熒光燈;
      (2)光線質量高:由于光譜中沒有紫外線和紅外線,故沒有熱量,沒有有害輻射,不會給人眼帶來負面影響,長時間閱讀或工作不會有眼睛發疼發脹的現象;
      (3)顯色性好:與熒光燈相比,大功率LED臺燈的顯色指數高,通常在80左右。這樣有利于減輕人眼的疲勞程度,對保護視力有很大幫助;
      (4)維護成本低:LED壽命長,光通量半衰期壽命>5萬小時以上,一般正常使用30年以上。抗沖擊和抗震能力強,沒有鎢絲、玻殼等易損壞的部件,非正常報廢的可能性很小;
      (5)體積小:可以使燈具小巧精致,更適合不同的使用場所;
      (6)與蓄電池配合,很容易把臺燈做成應急燈。當在停電或緊急情況下,能幫助人們疏散和照明;
      (7)綠色環保:廢棄物可回收,沒有污染;不含有汞成分。
2.2電源的選用和要求
      LED驅動方式有多種,在臺燈產品中我們采用低壓恒流驅動,這是比較理想的LED驅動方式,它能避免LED正向電壓的改變而引起電流變動,同時恒定的電流使LED的亮度穩定。一般采用交流電驅動的光源具有頻閃效應會使視覺神經受到不斷變化的強光刺激容易疲勞,采用恒流驅動的LED能夠發出穩定的光線,完全無頻閃現象,閱讀舒適。臺燈為低電壓輸入,是安全電壓,避免了普通燈具因電路故障帶來的安全隱患。
2.3高效能的燈具光學系統

      一個優質的燈具還要有高效能的光學系統,而高效能的光反射器是最有技術含量的部件之一,也是最不容易被人拷貝的部件之一。它應該具有高反射性、良好的控光角度和反射出來光的均勻度。我們通過計算機模擬來設計燈具的光學系統,使得從LED發出的光線通過反射器或透鏡等光學器件重新分配,達到設計要求,使之配光合理。采用反射效率高、耐久性好的反射器,反射器經過陽極氧化處理使反光效率完全發揮出來,提高反光器的反光性和可靠性;用透光率高的混光材料做燈罩。既保持了光學系統的高效率,又減少了眩光。
      在平時選購臺燈作為學習、工作的照明燈具時,我們應特別注意燈具的眩光問題,不要讓光線直線投射于眼睛。因為光線直接投射于眼睛,眼睛會有畏光感而容易感到疲倦,且使瞳孔縮小因而感覺周圍變暗,導致視線不清。長時間在這種照明環境下看書、寫字,視力就會大大受損,長此以往,會引起近視等各種眼疾。用眼衛生,首先應從高質量的照明開始,這就要求我們在選購臺燈時更要注意發光質量。
2.4燈散熱系統
       散熱是影響臺燈LED使用的主要因素,大功率LED應用過程中,器件和燈具的散熱顯得很重要。我們對LED封裝和二次散熱進行充分設計時,保證提高所有環節的散熱性能。我們設計二次散熱裝置,來降低器件的熱阻。整體考慮導熱、散熱特性,以獲得良好的整體熱特性。
2.5整體結構要求
      優秀的燈具不僅有高品質的LED、高品質的電器組件、高效能的反射器、合理的結構,還要有好的產品造型設計。我們在大功率LED臺燈產品設計時就充分利用大功率LED的特點和優勢,在滿足實用需求和最大限度地發揮光源光效的前提下,對燈具進行小型化設計,將燈具整體設計成小巧精致使它可以適合不同的使用場所。對燈具采用工業造型設計,使燈具在外觀造型上具有美觀、舒服、耐用等美學效果又能夠和環境相協調。燈具的結構件全部采用金屬材質,金屬材料給人以結實耐用和高檔次的感覺,體現出產品的檔次和現代感。由于LED本身的優勢以及高品位的燈具結構,我們將大功率LED臺燈定位為高檔臺燈產品,廣泛適用于辦公和學習場所。
3、目前市場上的臺燈狀況
      目前市場上的臺燈按其種類可分為三種:一種是普通的白熾臺燈,一種是鹵素臺燈、另一種是熒光臺燈。采用普通的白熾燈泡或鹵素燈的臺燈,其優點是價廉、發光的連續性能好,缺點是耗能多,尤其夏天會使人感到熱。由于燈絲發光較集中,如果其功率稍大就會產生眩光,反之,又會造成照度不夠。另一種普通熒光燈的臺燈,因熒光管發光面較大,從而被照射面光線較均勻,被照射物后影形較小,對眼睛有較小干擾。但它的顯色指數低,且其頻閃效應使眼睛容易疲勞。
      這里需要強調的是,對臺燈要做系統和科學的評價,而不能輕信某些廠家達到了某一項指標就自稱為“護目燈”、“護眼光源”。
      現在在市場中還沒有其他廠家推出大功率LED臺燈的應用產品,普通的顧客對LED臺燈的認識還需要進一步普及提高。

      從照明產品的壽命全過程來看,目前產品制造過程和廢棄過程完全沒有受到重視。至于壽命結束的含汞燈,不應該隨便廢棄和破碎,應集中處理以回收有害物質。這一點國外有些國家已有立法,也希望中國這個燈具使用大國早一點提到日程上來。
4、大功率LED臺燈技術指標
      南京漢德森半導體照明有限公司生產的大功率LED臺燈是用金屬結構配合大功率發光管制成的。該產品能夠結合裝飾照明效果,性能穩定,安全環保,耗能極低,是非常理想的新一代環保臺燈產品。
4.1功能及特點
      (1)節能:光源采用大功率LED,能耗低,效率高。功率:3W/4W;
      (2)環保:無污染、紫外線、紅外線和熱輻射;
      (3)保健護眼:采用低壓恒流電源,無頻閃,無眩光,照射面積廣,亮度均勻,視覺效果好。真正做到了發光柔和、平穩、連續,接近自然光,是真正的理想光源;
      (4)經久耐用:LED燈的壽命長達50000h。采用金屬結構,金屬質感強,結實耐用;
      (5)照度充足:在臺燈發光部位距桌面350~400mm條件下,桌面照度可達到500lx以上。
5、大功率LED臺燈的市場前景
      由于目前大功率LED臺燈正處在市場開拓階段,價格偏高,且客戶對其了解甚少。但其市場潛力巨大。考慮到它的諸多優點,如護眼、省電、環保和壽命長,可以預計,在不久的將來,隨著大功率LED臺燈成本的不斷下降,它的市場會有廣闊的發展。到時,大功率LED臺燈將進入千家萬戶,成為我們每天工作生活的好伙伴。

 


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