國內(nèi)外LED綠色環(huán)保照明系統(tǒng)的發(fā)展情況
引言
LED在近十年中的性能和質(zhì)量提高了10倍，而制造成本下降到早期的1/10。LED近10年的新突破，猶如1879年愛迪生發(fā)明的白熾燈成為文明社會的里程碑一樣，令人興奮不已。兼具節(jié)能、環(huán)保、安全、壽命長、低耗、低熱、色光、白光、防震、防水、微型、高亮度、易調(diào)光、光束集中和減少維修等15項優(yōu)點的LED新一代綠色光源，定將在21世紀(jì)的全球照明領(lǐng)域引發(fā)一場革命。我們只需拭目以待。下面就簡單介紹下國內(nèi)外的LED發(fā)展情況。
1 國外LED技術(shù)及其應(yīng)用產(chǎn)品的新進(jìn)展
新一代綠色環(huán)保光源LED無量的前途和巨大的顯在及潛在市場已被公眾所認(rèn)可，成為不爭的事實和群雄逐鹿的戰(zhàn)場，人們正以極大的熱情投入到LED照明產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用之中。在近一兩年中，PhilipsLumiLEDs公司、Osram公司、Nichia公司和Gree公司在大功率白光LED的研發(fā)上都取得了新進(jìn)展并有著不凡的業(yè)績。PhilipsLumiLEDs稱其尺寸為1mm×1mm的LED芯片在350mA電流下的發(fā)光效率達(dá)到115lm/W。2008年初，Gree公司在市場上出售的1W白光LED，其發(fā)光效率達(dá)到118lm/W。據(jù)報道，2007年大功率白光LED產(chǎn)業(yè)化水平，光效普遍達(dá)到60~90lm/W，壽命達(dá)50000h。由于LED光效和功率的提升，國外交通信號燈已開始用8~10只大功率LED替代先前數(shù)十個乃至數(shù)百個小功率LED，而且效果更佳。
Osram日前宣布，他們研發(fā)的白光LED亮度和光效雙雙創(chuàng)造了新高。據(jù)稱，在350mA的工作電流下，峰值亮度達(dá)到155lm，光效為136lm/W，色溫為5000K，色坐標(biāo)為0.349/0.393（cx/cy）。
隨著LED性能的提高，新型LED燈具也取得了一些新進(jìn)展。目前用作照明的單芯片白光LED批量生產(chǎn)的產(chǎn)品主要有1W、3W和5W，電流容量分350mA、700mA、1A和1.5A等幾種；多芯片封裝在一起的LED功率從10W、20W和30W，現(xiàn)已提高到100W乃至100W以上。圖1所示為家用LED燈樣品。
MR16射燈使用12V的AC/DC電源，驅(qū)動器IC采用PT4115，系統(tǒng)電路如圖2所示，圖3所示為MR16LED射燈及恒流源電路板實物?；赑T4115的LED驅(qū)動電路，可點亮一顆3W的LED或3顆1W的LED。
東芝照明技術(shù)公司最近推出了小型反射燈泡（ReflampMiaget）和光束燈泡型（BeamLamp）LED照明新產(chǎn)品，它們均采用E26型燈頭，可以直接使用原來的燈座。新產(chǎn)品采用日亞化學(xué)工業(yè)公司的LED，光源顏色有白熾燈泡色和白色兩種，主要用作廣告牌、設(shè)施及店鋪的照明。小型反射燈泡型LED燈配置了5個LED，亮度相當(dāng)于60W的白熾燈，功耗為5.3W，其中白光LED光效為68lm/W。光束燈泡型LED照明裝置裝配了8個LED，功耗為9W，亮度相當(dāng)于75~100W的白熾燈。
Osram不僅推出了全彩像素點和像素段LED燈具，而且還開發(fā)了大功率LED聚光燈和洗墻燈，如圖4所示。全彩LED聚光燈及泛光燈用大功率LED外形如圖5所示。
雖然LED在照明領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿艽?，但距它成為照明主體尚需要相當(dāng)長的時間。據(jù)全球2006年LED產(chǎn)品應(yīng)用統(tǒng)計，其48%的產(chǎn)品應(yīng)用于移動設(shè)備中，14%應(yīng)用于顯示器中，15%應(yīng)用于汽車照明，2%用作信號燈，照明應(yīng)用僅占5%，其它應(yīng)用為16%。由此可見，LED還遠(yuǎn)不是照明領(lǐng)域的主要產(chǎn)品。但是，LED已成為景觀裝飾照明和汽車前后霧燈、第三剎車燈、方向燈及尾燈的首選。目前LED景觀燈具非常多，如LED輪廓燈（擴(kuò)欄燈）、LED彩虹管（線條燈、美耐燈）、LED投光燈（投射燈、泛光燈）、LED洗墻燈（線型LED投光燈、LED線條燈）、LED埋地?zé)?、LED水底燈等等。
盡管LED在普通照明領(lǐng)域只是初見端倪，但是，LED的光明前途就像LED的發(fā)明者Holonyak在2000年的預(yù)言一樣：“原則上LED是燈的最終形式，實際上也是如此，它的發(fā)展確實能夠而且將繼續(xù)到所有功率和顏色都實現(xiàn)為止，了解這一點是極為重要的”。
2 我國LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
目前中國大陸從事LED研發(fā)、材料生長、芯片制造、器件封裝以及產(chǎn)品應(yīng)用的單位達(dá)500多家，從業(yè)人員超過2.8萬人，其中工程技術(shù)人員占二成，已初步形成LED產(chǎn)業(yè)規(guī)模。近三年來，我國大陸LED產(chǎn)業(yè)呈高速增長的趨勢。
從2004年4月開始，科技部先后批準(zhǔn)上海、廈門、深圳、南昌和大連為“國家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地”。2007年12月，科技部又批準(zhǔn)石家莊市為“國家半導(dǎo)體照明工程石家莊產(chǎn)業(yè)化基地”，使我國國家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地增加到6家。
截止2007年12月，我國MOCVD外延設(shè)備達(dá)80多臺（每臺進(jìn)口價約100萬美元），2008年預(yù)計新增MOCVD設(shè)備超過40臺，將使我國LED外延芯片產(chǎn)能有較大提升。2007年，我國大陸LED芯片產(chǎn)值達(dá)15億元（人民幣），較2006年的10.5億元增長43%，其中GaN芯片產(chǎn)值為8億元，較2006年的4.5億元增長78%。2007年國產(chǎn)GaN芯片產(chǎn)能達(dá)960kk/月，較2006年增長60%，實際年產(chǎn)量達(dá)到90億只，國產(chǎn)化率提高到35%。由于國產(chǎn)LED芯片性能提升較快，已在顯示屏、信號燈、戶外照明、中小尺寸背光照明等高端應(yīng)用獲得認(rèn)可。預(yù)計在未來幾年，國產(chǎn)LED芯片產(chǎn)能年增長率保持在30%以上。
2007年，我國大陸LED封裝產(chǎn)值達(dá)168億元，較2006年的148億元增長15%；產(chǎn)量由2006年的660億只增加到820億只，增長率為24%。高亮度LED產(chǎn)值達(dá)120億元，占LED總銷售額的71%。SMD和大功率LED封裝增長較快，目前全國大功率LED封裝產(chǎn)能達(dá)10KK/月左右。
2007年我國LED應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)值超過300億元，已成為LED全彩顯示屏、太陽能LED、草坪燈、庭院燈等應(yīng)用產(chǎn)品全球最大的生產(chǎn)和出口國。LED戶外照明發(fā)展最快，已有上百家企業(yè)生產(chǎn)LED路燈，并建設(shè)了幾十條示范道路。
2007年規(guī)劃內(nèi)投資超過150億元，新增投資近40億元，企業(yè)融資渠道呈現(xiàn)出多元化趨勢，使我國產(chǎn)業(yè)格局發(fā)生了新變化。
目前我國采用國外管芯封裝后的LED光效達(dá)70～80lm/W，小功率LED研究水平為90lm/W，功率型器件光效研究水平達(dá)70lm/W，產(chǎn)業(yè)化水平為60lm/W。與國外先進(jìn)水平比較，我國存在約5年的差距，至關(guān)重要的是缺少具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。值得注意的是，國際半導(dǎo)體照明核心專利糾紛開始直接影響我國大陸企業(yè)。
3 LED光源在偏遠(yuǎn)及欠發(fā)達(dá)地區(qū)的應(yīng)用
目前全球照明用電消耗約占全球總電能的1/5，而另一方面，目前世界上仍有十幾億人口沒有電能可用，這些人口幾乎全部分布在發(fā)展中國家，其中80%生活在邊遠(yuǎn)貧困落后的農(nóng)村地區(qū)。這些地區(qū)的人們主要依賴煤油燈或點燒松枝等木柴來滿足日常的主要照明，這不僅對周圍環(huán)境造成污染，而且要消耗大量木材和能源。
為解決偏遠(yuǎn)落后地區(qū)的照明問題，照亮世界基金會（LUTW）所覆蓋的地區(qū)現(xiàn)在已經(jīng)遍及亞非拉幾個大洲的26個國家，僅在該組織最先進(jìn)入的尼泊爾，就直接改變了10萬人的生活。在尼泊爾西北部的胡姻拉地區(qū)，人們長期使用松脂油浸過的木柴作為燃料，將其放置在40~50cm高的石板或鐵板上燃燒，在距離火源水平距離1m的地面上，平均照度僅有2lx，照明效果極差。從2000年開始，LUTW通過與當(dāng)?shù)胤钦M織合作，向北部偏遠(yuǎn)地區(qū)提供太陽能電池板，或建立小型水電站，為當(dāng)?shù)靥峁╇娔?，同時采用LED光源為居民解決照明問題。截止2007年1月，僅在尼泊爾北部胡姻拉地區(qū)，就有366戶居民，共2196人能夠享受每天7h的夜間照明。LUTW在尼泊爾推廣的白光LED燈具主要有兩種，如圖6所示。其中一種里面含有9顆NichiaNSPW510BS白光LED（見圖6圖）
在印度，有近8000萬人仍然使用煤油燈作為主要照明手段。由于LED光源的光效是煤油燈的200倍，是白熾燈的5倍，若要照亮400萬戶家庭，采用25W白熾燈要消耗100MW電能；如果用8W節(jié)能燈，需要32MW；當(dāng)采用2W的LED光源時，則只需要8MW。因此印度本地的一些非政府組織正積極努力在印度偏遠(yuǎn)地區(qū)推廣LED光源，解決當(dāng)?shù)厝说恼彰鲉栴}。與印度相類似，世界很多發(fā)展中國家的落后缺電地區(qū)都在大力開發(fā)太陽能、風(fēng)能、水能等可再生清潔能源，積極利用白光LED光源來解決當(dāng)?shù)厝说囊归g照明問題。
我國西北西南地區(qū)的青海、西藏、新疆等地區(qū)，地廣人稀，鋪設(shè)電網(wǎng)供電難度很大。但是，由于這些地區(qū)的可再生能源非常豐富，太陽、風(fēng)能、水能蘊(yùn)藏量都很大，完全可以因地制宜，采用家庭式太陽能發(fā)電設(shè)備，實現(xiàn)各家各戶單獨供電；也可以是部落、村莊聯(lián)合起來，建立小型風(fēng)力、水力發(fā)電站，集中供電。LED光源不需要進(jìn)行AC/DC轉(zhuǎn)換，可以直接利用太陽能發(fā)電產(chǎn)生的直流電來工作。
4 結(jié)語
在近兩年中，LED技術(shù)產(chǎn)業(yè)及其應(yīng)用產(chǎn)品都取得了長足進(jìn)步。隨著LED在人們生活中的廣泛應(yīng)用以及在發(fā)展中國家偏遠(yuǎn)貧困地區(qū)的照明應(yīng)用，LED展現(xiàn)出了誘人的發(fā)展前景。雖然LED光源在普通照明領(lǐng)域中的應(yīng)用只是初見端倪，但LED將引領(lǐng)21世紀(jì)電光源領(lǐng)域的新潮流是一個不爭的事實。
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