大功率LED在书写台灯中的应用

摘要：大功率发光二极管（LED）作为国家正在组织实施的绿色照明计划中的重点，其应用产品有着显著的性能优势。本文结合台灯的使用条件以及大功率LED台灯的特点来描述大功率LED在照明领域的一些设计要点和经验，以供同行参考和交流，不到之处请予指正。

关键词：中国绿色照明工程  大功率LED  台灯

1、引言

随着国家“中国绿色照明工程”启动，国家经贸委会等13个部门，共同组织实施的一项旨在节约电能，保护环境，改善照明质量的活动。绿色照明是指通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品，改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境。

大功率LED是一种新产品，作为国家绿色照明工程中明确推广使用的产品，在照明领域中特别是民用照明领域几乎还没有得到商业化应用。LED照明光源与其它光源的原理、器件和灯具的结构、性能等完全不同，目前又没有相关的国家标准可以作为设计依据，更不能简单的套用以前灯具原有标准。我公司在国内首家研制成功大功率LED台灯并已经实现批量生产，并在市场中获得了用户和中间商的好评。

2、台灯的使用要求

台灯一般用在阅读、书写、设计、批阅等办公或学习照明使用场所。对于做桌面工作的人来说，保证工作区的良好的视觉环境，对提高学习和办公的质量，提高工作效率，保护身体健康有很大的好处。只有充分地认识照明的特点并选择合适的灯具，才能让我们的学习和工作变得更加轻松舒适，身体变得更加健康，生活变得更加丰富多彩，工作变得更加愉快。在使用台灯的场所，如果灯光的照度和显色性不够，会使阅读者过度使用视力，导致眼睛疲劳，而灯光光线长期地频闪或有眩光会给人的视觉神经系统带来严重伤害，所以要特别讲究照明的质量。从满足人类照明舒适、健康的角度并考虑到能源的节约，良好的照明应具备五个条件：

2.1  桌面照明要有足够的照度

目前我国学校及写字楼等照明场所普遍采用的照明设计标准是80年代制定的，其中办公、学习的桌上照度标准仅为国际标准的1/2，国际标准为300—500勒克斯(lx)，而我国标准约150勒克斯。照度太低或太高会使阅读困难，容易造成阅读疲劳，影响阅读和工作效率。

2.2  显色指数不低于80

显色指数即为光对颜色的还原程度——我们称为显色性。在显色指数较低的灯光下(一般荧光灯为60—70)看东西，眼睛对颜色的分辨能力低，容易造成视觉疲劳。一般台灯照明的显色指数应不低于80。

2.3  光线要稳定

如果灯光足够“亮”，但却在不停地“闪动”，光线不够稳定，我们说它存在“频闪”。当频闪超过一定的范围时，会产生视觉疲劳。而长期的视觉疲劳会对人的视觉系统造成损伤。特别是在电脑日益普及的今天，许多人在灯光下使用电脑，通常电感镇流器荧光灯的频闪和荧光屏的帧幅闪动(每秒更换画面50—100次)重叠，形成光共振，对人的视觉系统伤害更大。长时间在这种照明环境阅读或工作会损伤眼睛，并有眼胀头痛等不适症状，通常也找不出原因。所以，欧洲电工委员会早在1997年就禁止在有电脑荧光屏的办公室安装使用电感镇流器的荧光灯，以保护电脑操作人员健康，而我国目前对此尚无相应法规，加之宣传较少，故未引起人们的重视，但随着“城市灯光综合症”发病率越来越高，相信与之对应的法规出台只是时间问题了。

2.4  无眩光

人眼受到眩光影响后，会感到刺激和压迫而失去明快舒适的气氛，时间稍长就会产生心情厌烦、急噪不安等情绪，对阅读和工作都会带来严重不利的影响。

2.5  使用绿色照明产品

推广采用节能光源一直是我国的节能政策，提倡绿色照明就是指对环境友好，要使照明产品不对环境造成不利影响，同时又能体现现代文明的照明文化。绿色照明的核心是选择高效、节能、环保的光源、附件及灯具。只有充分节约能源，才能减少发电厂对大气CO2，SO2和NOx的排放，从而减少导致地球变暖的温室效应，减少酸雨的产生，避免人体长期生活在一定浓度的SO2和NOx空气中产生的呼吸道和其他疾病。同时绿色照明产品制造过程和废弃过程对环境破坏要小。

3、大功率LED台灯特点

大功率LED台灯产品应用是一个多个学科的融合，影响产品的因素很多，主要包括大功率LED的性能和参数、工业造型设计、光学设计、热设计、电路设计、结构设计、加工工艺、生产工艺等环节。在设计和生产过程中必须充分考虑相关因素，任何一个环节出现偏差都会影响产品的性能和效果。

3.1   大功率LED

LED是典型的绿色照明光源产品，作为国家绿色照明推广使用的产品，大功率白光LED光源是必然选择。其产品特点如下：

3.1.1  效率高：

大功率LED的发光效率已超过45 lm/W，更由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，光效率远远大于白炽灯并正在赶上节能灯和荧光灯。白光LED光谱见下图1，日光、白炽灯、荧光灯光谱图见图2。
 
                    图1  大功率白光LED光谱图
 
                    图2  日光、白炽灯、荧光灯光谱图

3.1.2  光线质量高

由于光谱中没有紫外线和红外线，故没有热量，没有辐射，不会给人眼带来负担，长时间阅读或工作不会有眼睛发疼发胀的现象。

3.1.3  显色性好

与荧光灯相比，大功率LED台灯的显色指数高，通常在80左右。这样有利于减少人眼的疲劳程度，对保护视力有很大帮助。

3.1.4  维护成本低

LED寿命长，光通量半衰期寿命超过5万小时以上，一般正常使用30年以上。抗冲击和抗震能力强，没有钨丝、玻壳等易损坏的部件，非正常“报废”的可能性很小。

3.1.5  体积小

可以使灯具小巧精致，更适合不同的使用场所。

3.1.6 与蓄电池配合，很容易把台灯做成应急灯。当停电或紧急情况下，帮助人们疏散和照明。

3.1.7  绿色环保

废弃物可回收，没有污染；不像荧光灯含有汞成分。

3.2 电源的选用和要求

LED驱动方式有多种，在台灯产品中我们采用低压恒流驱动。采用恒流驱动方式，是比较理想的LED驱动方式，它能避免LED正向电压的改变而引起电流变动，同时恒定的电流使LED的亮度稳定。一般采用交流电驱动的光源具有频闪效应会使视觉神经受到不断变化的光强刺激容易疲劳，采用恒流驱动的LED能够发出稳定的光线，完全无频闪现象，使视觉感到十分舒适。台灯为安全低电压输入，避免了普通灯具因电路故障带来的安全事故。

3.3  灯具高效能的光学系统

一个优秀的灯具要有高效能的光学系统，而高效能的光反射器是最有技术含量的部件之一。它具有高度的反射性、良好的控光角度和反射光线的均匀度。我们通过计算机模拟来设计灯具的光学系统，使得从LED发出的光线通过反射器和透镜等光学器具重新分配，配光合理，完全达到设计要求。反射器经过阳极氧化处理反射效率高、耐久性好；用透光率高的混光材料做灯罩。即保持了光学系统的高效率，又减少了眩光。

在平时选购台灯作为学习工作照明用具时，我们应特别注意灯具的眩光问题，不要让光线直线投射于眼睛。因光线直接投射于眼睛，眼睛会有畏光感而容易疲倦，且瞳孔缩小而感觉周围变暗，进而导致视线不清。长时间在这种眩光照明环境下看书、写字，视力就会大大受损。用眼卫生，首先应从高质量的照明开始，这就要求我们在选购台灯时更要注意发光质量。

3.4  灯散热系统

散热是影响台灯LED使用主要因素，大功率LED应用过程中器件和灯具的散热显得很是重要。我们对LED封装和二次散热进行充分设计，采用中空带翅金属散热体和金属材质的灯罩散热，降低LED光源的热阻，获得良好的整体热特性。

3.5  整体结构的造型设计

优秀的灯具不仅有高品质的LED、高品质的电器组件、高效能的反射器、合理的结构，还要有好的产品造型设计。我们在大功率LED台灯产品设计时就充分利用大功率LED的特点和优势，在满足实用需求和最大限度地发挥光源功效的前提下，对灯具进行小型化设计，将灯具整体设计成小巧精致可以适合不同的使用场所。使灯具在外观造型上具有美观、舒服、耐用等美学效果又能够和环境相协调。灯具的结构件全部采用金属材质，给人以结实耐用和高档次的特点，体现出产品高档和现代感的特点。由于LED本身的优势以及高品位的灯具结构，我们将大功率LED台灯定位为高档台灯产品，广泛适用于办公和学习场所。台灯造型见下图3。
 
                        图3  大功率LED台灯

4 大功率LED台灯技术指标

我公司生产的大功率LED台灯是用金属结构配合大功率发光管制成的。该产品能够结合装饰和照明效果，性能稳定，安全环保，耗能极低，是非常理想的下一代环保台灯产品。

5.1 功能及特点

5.1.1节能：光源采用大功率LED，能耗低，效率高。功率：3W/4W。
5.1.2环保：无污染、紫外线、红外线和热辐射。
5.1.3保健护眼：采用低压恒流电源，无频闪，无眩光，照射面积广，亮度均匀，视觉效果好。真正做到了发光柔和、平稳、连续，接近自然光，是真正的理想光源。
5.1.4经久耐用：LED灯的寿命长达50000小时。采用金属结构，金属质感强，结实耐用。
5.1.5 照度充足：在台灯发光部位距桌面350—400mm条件下，桌面照度可达到500 lx以上。

5、大功率LED台灯的市场前景

目前市场上的台灯按其种类可分为三种：一种是普通的白炽台灯，一种是卤素台灯、另一种是荧光台灯。采用普通的白炽灯泡或卤素灯的台灯，其优点是价廉、发光的连续性能好，但耗能多，尤其夏天会使人感到热。由于灯丝发光较集中，如果其功率稍大就会产生眩光，如果其功率稍小，又会造成照明度不够，而且频闪问题严重。另一种普通荧光灯的台灯，因荧光管发光面较大，从而被照射面采光较均匀，被照射物后影形较小，对眼睛有较小干扰。但它的显色指数低，且其频闪效应使眼睛容易疲劳。至于寿命结束的含汞灯，不应该随便废弃和破碎，应集中处理以回收有害物质。这一点国外有些国家已有国家立法，由于目前大功率LED台灯正处在市场开拓阶段，价格偏高，且客户对其了解甚少。但其市场潜力巨大。考虑到它的诸多优点，如护眼、省电、环保和长寿命，它的生命力极强。可以预计，在不久的将来，随着大功率LED台灯成本的不断下降，它的市场会有爆炸性的发展。到时，大功率LED台灯将进入千家万户，成为我们每天工作生活的好伙伴。

参考文献：
GB 9473-1988 民用台灯通用技术条件