[圖文]LED照明燈的發(fā)展概況(圖)

自高亮度白光LED問世后，由于它具有發(fā)光效率高節(jié)電效果好，并且無污染、壽命長的特點(diǎn)，在照明應(yīng)用上受到各國的重視。用白光LED作照明燈來取代傳統(tǒng)照明燈的研發(fā)工作不斷地進(jìn)行著，取得了一些成果。這里舉幾個實例。

1. 采用白光LED作小型LCD彩屏的背光照明來取代冷陰極熒光燈（CCFT）。由于驅(qū)動白光LED有電路簡單、無須正負(fù)電源、且效率高、尺寸小的特點(diǎn)，在便攜式電子產(chǎn)品中獲得極其廣泛的應(yīng)用。隨著白光LED性能的提高，白光LED作背光源的應(yīng)用不僅用于手機(jī)、游戲機(jī)、PDA、MP4、數(shù)碼相機(jī)等小彩屏電子產(chǎn)品，目前已應(yīng)用到屏幕尺寸更大的DVD、GPS及15英寸筆記本電腦中。它已成為LED最大用戶之一，占LED年產(chǎn)量的30%左右。

2. 采用白光LED作小型數(shù)碼相機(jī)的閃光燈來取代傳統(tǒng)的氙燈。由于采用短時間脈沖給LED供電可以比額定電流大一倍，給出的強(qiáng)光可滿足相機(jī)補(bǔ)光的要求。驅(qū)動LED閃光燈的電路無須高壓電源，也沒有較長的時間充電的缺點(diǎn)，可獲得更多的抓拍機(jī)會，并使電池使用時間更長。

圖1  LED照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2  太陽能光控LED路燈

3. 采用太陽能電池、蓄電池及白光LED組成的真正綠色照明系統(tǒng)。我國的太陽能電池生產(chǎn)量很大，2006年已達(dá)到370MW，太陽能組件的生產(chǎn)能力已大于1000MW。這對利用太陽能點(diǎn)亮白光LED燈創(chuàng)造了極為良好的條件。這不僅用于無電區(qū)，同樣適合于城鎮(zhèn)（在國外，主要依靠大量安裝屋頂并網(wǎng)系統(tǒng)來發(fā)展太陽能光電產(chǎn)業(yè)）。目前我國已能生產(chǎn)成套適合牧區(qū)人民應(yīng)用的白光LED照明系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。在一些城市也采用太陽能電池、蓄電池及光控電路組成LED路燈，能自動地天黑點(diǎn)亮，天亮關(guān)斷，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

利用太陽能轉(zhuǎn)化成電能來替代火力發(fā)電是最理想的，但大規(guī)模地應(yīng)用太陽能電能是一個大的系統(tǒng)工程。雖然我國已能生產(chǎn)大量的太陽能電池，但可惜的是95%用于出口，留在國內(nèi)應(yīng)用僅5%，目前利用太陽能點(diǎn)亮LED燈僅僅還在起步階段。

4. 采用白光LED來取代白熾燈的研發(fā)工作起步不晚，在2004年后不少單位采用Φ5高亮度白光LED開發(fā)出小功率LED燈泡（15W）、15～20W的管燈及40～60W的路燈、投射燈等產(chǎn)品，但并未量產(chǎn)。在我國南方一些工廠生產(chǎn)出各種1～5W LED燈泡及一些白光LED燈具，但大部分都出口而在國內(nèi)市場上反而少見。目前成批生產(chǎn)的替代白熾燈的有：礦燈、各種手電筒、應(yīng)急燈、小瓦數(shù)閱讀燈及照明燈等。另外，有一些城市用LED路燈作試點(diǎn)工作，但尚未普及。

用白光LED燈取代白熾燈達(dá)到使火電廠減少二氧化碳、二氧化硫排放及節(jié)電的意義是十分重大的。北大寬禁帶半導(dǎo)體研究中心張國義教授說：“如果全國居民用的電燈能有50%改用LED照明燈，每年節(jié)省的電量就是一個三峽發(fā)電站發(fā)電量的總和?！睆哪壳皝砜矗冒坠釲ED燈取代白熾燈還剛開始，在LED的用戶中占很小的比例，不足LED年產(chǎn)量的3%。

發(fā)光效率突破100lm/W
隨著半導(dǎo)體光電材料及工藝技術(shù)的進(jìn)步及大功率白光LED的封裝結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使得這兩三年內(nèi)白光LED的發(fā)光效率有長足的進(jìn)步。1～5W的白光LED從以前的發(fā)光效率為30～40lm/W提高到50～60 lm/W，最近又提高到80lm/W。有一些頂級的發(fā)光效率可達(dá)100 lm/W以上。例如，Cree公司的一種4W冷白光LED，其光通量分擋，在350mA電流時其最高擋可達(dá)107～114lm（其功率為0.35A×3.3V=1.15W，其發(fā)光效率為93～99lm/W），典型的發(fā)光效率是80lm/W，而發(fā)展的目標(biāo)是200lm/W。

表1列出目前各種燈類的一些主要參數(shù)，從表1中可以看出，在發(fā)光效率上白光LED不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過白熾燈，也超過普通熒光燈、緊湊型熒光燈（節(jié)能熒光燈），這意味著：白光LED燈比它們更亮、更節(jié)電；而在壽命上則遙遙領(lǐng)先。

大功率白光LED的發(fā)光效率的提高給設(shè)計白光LED燈創(chuàng)造了條件，目前逐步用1～3W大功率白光LED來取代小功率Φ5白光LED設(shè)計LED燈。用1個到幾個（或十幾個）LED替代了幾十個到幾百個小功率Φ5白光LED，不僅增加了亮度、減小了體積，還提高了可靠性、簡化了工藝。

例如，采用18個1W的白光LED組成的小型路燈可發(fā)出1440lm光通量，若采用白熾燈則需要100W。另外，用一個65lm的1W白光LED做成的強(qiáng)光手電筒，它可照射幾十米遠(yuǎn)；若采用Φ5LED來做則是不可能做到的。

　　
兩則LED燈的喜訊
2007年LED燈有兩則喜訊：
1. 豐田汽車發(fā)布了采用4顆400lm的白光LED及1顆200lm的白光LED組成的汽車頭燈（前照燈），其總光通量為1800lm；
2. 韓國采用大功率白光LED作迷你型投影機(jī)的光源，其壽命可達(dá)20000小時（傳統(tǒng)的光源壽命僅2000～3000小時）。

從這兩則新型LED燈的信息中可以看到：白光LED不僅能用于一般照明燈，并且能由于強(qiáng)光燈。過去汽車除車頭燈不能用LED來做外，其他車內(nèi)外燈都可以用LED來做，這包括剎車燈及高位剎車燈、轉(zhuǎn)彎燈、倒車燈、散霧燈及儀表報背光燈、車內(nèi)照明燈等。預(yù)測在2010年后的汽車內(nèi)外各種燈都會采用LED來做。汽車行業(yè)也將成為LED的大用戶之一。

LED燈難進(jìn)百姓家
上面已介紹了白光LED的特點(diǎn)及性能的提高，并開發(fā)出應(yīng)用于各種場合的白光LED燈，但LED燈難進(jìn)百姓家。這不是生產(chǎn)上存在什么難題，主要原因是白光LED照明燈的發(fā)光效率還不太高，并且價格太貴，使一般百姓家難以接受。以家庭常用的白熾燈、節(jié)能熒光燈與相同亮度的白光LED燈的價格比較目前1W白光LED的單價是8～10元，3W的單價是20～25元（與LED的質(zhì)量及品牌有關(guān)），另外還要驅(qū)動電路及結(jié)構(gòu)件。再考慮生產(chǎn)廠家的利潤及商業(yè)利潤，則單價可能要120元以上。從表2可以看出：9W節(jié)能熒光燈的發(fā)光效率與LED差別不大，但單價要比同樣功率的白光LED燈價格低十幾倍以上。這是白光LED燈難進(jìn)百姓家的主要原因。要等到大功率白光LED的價格降低8倍左右、發(fā)光效率提高到150lm/W時，LED燈才能普及，這可能要等幾年。節(jié)能熒光燈的上市到普遍應(yīng)用也有近二十年時間（這有質(zhì)量上的提高及價格下降的過程），白光LED燈的普及可能要比節(jié)能熒光燈快些（Φ5高亮度白光LED上市時單價大于1.5元，現(xiàn)在批量單價已降低到0.125～0.15元）。

LED燈路在何方
白光LED照明燈的推廣及普及的意義十分重大，但真的要在我國進(jìn)入百姓家還有很多工作要做，要在技術(shù)上（發(fā)光效率達(dá)到120～150lm/W）、價格上（要比現(xiàn)在的價格降低8～10倍）有重大的突破，還需要不斷的努力。白光LED照明燈的推廣及普及工作是一項系統(tǒng)工程、重大項目，需要國家的規(guī)劃、引導(dǎo)及扶持，在政策上及經(jīng)濟(jì)上的支持。

我國現(xiàn)在在上海、南昌、大連、廈門已建立四大半導(dǎo)體照明基地及有關(guān)科研單位，他們將對LED燈的推廣工作起到重大作用。

目前LED照明燈雖然還難進(jìn)百姓家，但是還有很多領(lǐng)域可以大量地應(yīng)用LED照明燈。這些領(lǐng)域的應(yīng)用可促進(jìn)大功率白光LED的生產(chǎn)、可促進(jìn)技術(shù)的提高，并可降低生產(chǎn)成本。在LED照明設(shè)計、應(yīng)用上也可獲得更多的經(jīng)驗，有利于將來的推廣。這些應(yīng)用領(lǐng)域都是用電大戶，對節(jié)電能起到很大作用。它們是:
1. 城鎮(zhèn)街道的路燈系統(tǒng)（包括太陽能路燈系統(tǒng)）；
2. 隧道及地下停車場（包括地下商場）；
3. 交通工具的照明（汽車、電車、輪船、飛機(jī)等的內(nèi)部及部分外部照明燈）；
4. 大的公共場所的LED照明系統(tǒng)，例如火車站、地鐵站、飛機(jī)場、大型超市、大型百貨公司、大廈及醫(yī)院等；
5. 無電區(qū)的LED燈照明工程。

由于LED照明燈一般采用低壓直流（恒流）供電。若采用交流220V市電供電，需要專門的變電裝置輸出低壓直流電（如12V、24V等）并由LED驅(qū)動器來驅(qū)動LED燈，如圖3所示。所以最好在新建這些建筑時就考慮到用LED燈，則在建筑設(shè)計中都把它設(shè)計在內(nèi)，這要經(jīng)濟(jì)得多。而歸建筑原用日光燈的照明系統(tǒng)要改造成LED照明，則改造的費(fèi)用大、改造的時間長（如改造一個地鐵站或一個候機(jī)大廳的照明系統(tǒng)）。

新建LED照明供電系統(tǒng)需要比傳統(tǒng)照明供電系統(tǒng)要復(fù)雜些，費(fèi)用要高得多，如果沒有政策的支持及經(jīng)濟(jì)的扶持是難以成功的。

圖3  給LED供變電電路

結(jié)束語
LED燈的應(yīng)用是一個綜合技術(shù)的應(yīng)用，它涉及到LED、太陽能電池、蓄電池、AC/DC轉(zhuǎn)換器、LED驅(qū)動器等各個領(lǐng)域的技術(shù)。但目前關(guān)鍵技術(shù)問題還是LED的發(fā)光效率不夠高、生產(chǎn)成本不夠低。要使LED燈進(jìn)入千家萬戶，可能還要等幾年。