LED照明产品质量现状及分析
　　自科技部启动“十城万盏”半导体照明工程以来，重庆市作为首批21个试点城市之一，采取了积极稳妥的先试点再推广、先探索试点再规模试点的方针，逐步分阶段地推动重庆半导体照明的发展。
　　根据重庆市的试点方案，试点工作包括了室外照明、室内照明和特种照明三大领域，囊括几乎所有的日常照明场所，涉及的照明灯具也多种多样。为及时掌握这些照明灯具的质量特性水平，在市科委的支持下，重庆市依托重庆大学光电工程学院，设立了重庆市LED照明研发与产业联盟的公共性光学设计与检测服务平台??“重庆大学LED光学设计与检测中心”，针对LED应用领域的共性关键技术与应用问题，为企业进行LED灯具的质量检测、改进优化与验证测试，进行室内照明、道路照明、隧道照明等应用配光设计及照明效果验证。自2009年11月至2010年6月间已完成对重庆、上海、浙江、广东、西安、大连等省市36家企业15种共100款灯具产品的测试，为“十城万盏”工程建立了产品目录库，为试点工程的效果建立了对比数据库。本文就此期间送检灯具产品的质量状况进行汇总及分析，以便同行参考。
　　一、灯具质量水平
　　1. 送检灯具分布情况
　　

图1 灯具分类图

　　本次所测灯具大部分是为配合“十城万盏”工程的送检灯具，也有少部分来自企业非工程所需的送检。图1按灯具所属的照明领域进行了分类，可见室外照明产品占据了送检灯具的大多数，达61%。虽然guo jia、重庆市“十城万盏”工程的初衷是功能照明，但还是被片面地误解为道路照明，形成“百城千厂齐上道路照明”的形势。由于重庆山城独特的地貌特征，隧道灯在室外照明灯具中的比重达三成以上。
　　送检产品中室内照明灯具共30盏，包括日光灯、球泡灯、天花灯等，占送检灯具总数的三成。虽然室内照明灯具在数量上只有室外照明灯具的一半，远少于室外照明灯具，但与全国的形势相比还是要均衡得多。由于日光灯和球泡灯的使用更符合人们的用灯习惯，而且节约安装成本，这两类灯具的送检数量占室内照明灯具的三分之二。
　　2. 灯具光效水平
　　

图2 全部送检灯具光效

　　全部送检灯具的光效水平如图2所示。整体而言，灯具光效水平参差不齐，光效处于70-80lm/W的产品最多，全部灯具平均光效为66.4lm/W。其中室外照明、室内照明和特种照明的灯具平均光效分别为70.2lm/W、62.6lm/W和53lm/W。仅从光效水平来看，目前LED照明产品已能完全满足应用要求。作为道路照明的主体，室外照明灯具的整体平均光效最高，且光效水平呈中间高两头低，分布比较合理。相比之下，小功率的室内照明产品的光效水平分散性较大，其最高光效达102lm/W，而大于90lm/W的高光效产品有5盏、占室内照明产品总量的1/6。但整体而言，中、低光效的产品偏多，这与小功率产品的技术门槛较低、介入的生产厂家较多有关。
　　我们将灯具送检时间按先后顺序分成了三个阶段，即2009年12月至2010年2月为第一阶段，2010年3～4月为第二阶段，5～6月为第三阶段，将各阶段的灯具光效进行了汇总分析。图3以路灯为例给出了在这三个阶段期间的光效水平，各阶段的路灯数量和平均光效水平在图中一并标出。可见LED灯具的光效水平提高趋势明显，说明LED照明技术水平正稳步提高，其发展速度令人振奋。
　　

图3 路灯光效发展

　　3. 功率因数问题
　　功率因数为交流电路中电压与电流之间相位差的余弦，体现了电气设备运行的效率。国内外的电气设备标准都有关于功率因数的指标，如美国的UL1993规定功率因数要大于0.9，CE为0.85，能源之星中规定小功率和大功率产品分别为0.5和0.9，广东地方标准要求不低于0.92，深圳则更为严格达到0.95。就功率因数指标而言，国内标准并未按产品功率进行区分，且部分标准指标要高于国外水平。
　　

图4 功率因数分布

　　图4为送检灯具的功率因数分布。可见绝大部分的照明产品都符合功率因数要求，尤其是室外照明部分，在这方面的达标情况明显优于光效水平，即国内照明产品的电气水平要高于光学水平。而在室内照明部分，即使按国外的小功率标准水平，室内照明产品在功率因数方面的指标合格率还是相对较低，因为在室内照明方面的技术投入远逊于室外照明。
　　4. 道路照明产品的总光通量
　　图5为送检灯具中路灯和隧道灯的总光通量分布，路灯和隧道灯的平均总光通量分别为9846lm和5208lm。按照《城市道路照明设计标准CJJ45-2006》中对路面规定的亮度要求进行计算，支路和次干路所需的路灯最小总光通为2800～6800lm，主干路所需路灯最小总光通为13700lm(四车道)和23800lm(八车道)。按照《公路隧道通风照明设计规范》中对隧道中间段照明的要求，所需隧道灯的最小总光通为2000～4400lm。虽然具体情况应视灯具排列方式而异，但以上计算数据反映了平均指标情况。按以上计算结果，在总光通量方面，目前的道路照明产品已能满足隧道照明和支路、次干路的照明，而在主干路照明方面还不够成熟。
　　

图5 道路照明灯具总光通量分布

　　5. 光衰问题
　　在测量中我们并未对送检灯具进行寿命检测，主要是时间紧迫，一般需要在一周甚至更短的时间内提交检测报告，无法在实验室内进行长达6000小时(整整250天)的寿命测试，也难以按照《IESNA LM-80》和国内标准的规定，在老化1000小时后测试初始参数。但在测量工作中我们仍发现个别灯具存在光衰迅速的问题，甚至出现工作8小时后就光衰一半的极端情况。图6给出了某款路灯产品工作8小时前后的总光通和实际功耗，可见该产品的光衰主要因电源质量导致。而这种劣质产品的出现，若无有效的质量检测程序而进入现场应用，将会造成极大的安全隐患并带来资源浪费，甚至会砸掉半导体照明节能长寿的金字招牌。
　　

图6 某路灯工作8小时前后的总光通和实际功耗

　　二、检测工作的思考
　　以上的测量结果反映了目前半导体照明产品的发展现状，引起了笔者的一些思考：
　　1. 道路照明方面
　　假设照明灯具平均光效75lm/W，按照《城市道路照明设计标准CJJ45-2006》中规定的路面照度需求计算，用于支道和次干道的灯具最低功率标准在70-130W之间，隧道中间段照明灯具所需功率约60W，而用于主干道的照明则需达到200W以上。图7为送检室外照明灯具的实测功耗分布，其中路灯和隧道灯的平均功率分别为133.8W和81W，可见目前灯具的功率水平已完全可以满足支道、次干道和隧道中间段的照明，而在主干道以及隧道入口段的照明方面还不够成熟，需要进一步的技术提升才可满足实际需求。因此，在主干道照明还不宜冒进推广。
　　

图7 道路照明灯具功率水平

　　2. 高光效问题
　　就光效、总光通量、功率而言，目前半导体照明灯具的平均水平已达到一般的室内外照明需求。进一步的发展不应再以提高光效作为唯一的重点，否则将带来一系列的问题。如有些厂家一味的追求光效提高，在自身技术不成熟的条件下采取了提高驱动电流的方法，通常是满负荷甚至超负荷的工作，虽然短期内将带来光效的提高，但直接后果是产品的加速老化，减少其使用寿命。另一方面，光效的提高往往伴随着色温的增加、显色性变差，虽然对室外照明应用影响不大;但在室内照明领域，高光效所伴随的低显色性将使得被照物体严重“变色”，脱离了室内照明的本质需求。另外，对于点光源的半导体照明来说，过高的光效意味着发光体亮度过高。在小空间范围的室内应用时将产生严重眩光，使人感到刺眼或产生目眩，较细微的地方也会因此而看不清，眼睛所承受的负担也会自然加重，容易产生眼睛疲劳。因此，在今后的室内照明方面，小功率、高显色性的多点分布照明应成为健康照明的发展主流。
　　3. 寿命测量问题
　　北美照明学会(IESNA)制定的光源光衰特性测试方法《IESNA LM-80 Lumen Maintenance》和我国现行的guo jia标准《GB/T 24824-2009普通照明用LED模块测试方法》中均提出用外推计算的方法确定LED器件的有效寿命，即：以LED在工作1000h的光通量相对值为外推起始值，利用1000h到6000h的光通量相对值数据，外推出LED照明产品光通量衰减到一定程度时所需的时间。由于光衰6000小时意味着产品测试至少需要250天，因此测量时间长，大大延长产品的生产、销售周期，降低了此指标的可操作性，使得企业往往会忽视标准的存在、虚标产品寿命，而检测部门的检测报告也将会大大延迟。因此，对半导体照明产品寿命的测量评估方法进行创新，使标准更加具有可操作性，是一个亟待解决的新问题。
　　4. 企业技术背景
　　目前国内参与半导体照明产品生产的企业数目众多，其中大部分为电子或其它产品生产厂家，这些企业并无照明产品的生产背景，只是按电子产品的生产模式进行简单的设计和组装，甚至脱离了照明产品应有的功能需求。也正因如此，送检产品的电气指标要明显优于光学指标，这对照明行业的发展是不利的。因此，这类企业应充分重视产品的照明性能，从客户实际应用的角度进行优化，在光学指标上对产品进行改进，这样才能在群雄逐鹿的竞争中获得先机。例如飞利浦公司在道路照明方面，根据中国道路的实际特点，将中国的道路细分为25类，针对不同的道路状况开发了25种不同的LED道路照明产品。这种细致的、有针对性的研发不仅有利于企业自身的市场开拓，有利于行业的健康发展，更有利于道路照明的安全节能。
　　同各项传统照明技术一样，半导体照明有其自身独特的优势，但也存在诸多问题需要解决。只有充分挖掘和利用其优良的光电特性，扬长避短，才能达到更加健康、节能、高效的照明目的。