LED照明燈發(fā)展概況

自高亮度白光LED問(wèn)世后，由于它具有發(fā)光效率高節電效果好，并且無(wú)污染、壽命長(cháng)的特點(diǎn)，在照明應用上受到各國的重視。用白光LED作照明燈來(lái)取代傳統照明燈的研發(fā)工作不斷地進(jìn)行著(zhù)，取得了一些成果。這里舉幾個(gè)實(shí)例。

1. 采用白光LED作小型LCD彩屏的背光照明來(lái)取代冷陰極熒光燈（CCFT）。由于驅動(dòng)白光LED有電路簡(jiǎn)單、無(wú)須正負電源、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用。隨著(zhù)白光LED性能的提高，白光LED作背光源的應用不僅用于手機、游戲機、PDA、MP4、數碼相機等小彩屏電子產(chǎn)品，目前已應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L(cháng)ED最大用戶(hù)之一，占LED年產(chǎn)量的30%左右。
2. 采用白光LED作小型數碼相機的閃光燈來(lái)取代傳統的氙燈。由于采用短時(shí)間脈沖給LED供電可以比額定電流大一倍，給出的強光可滿(mǎn)足相機補光的要求。驅動(dòng)LED閃光燈的電路無(wú)須高壓電源，也沒(méi)有較長(cháng)的時(shí)間充電的缺點(diǎn)，可獲得更多的抓拍機會(huì )，并使電池使用時(shí)間更長(cháng)。

3. 采用太陽(yáng)能電池、蓄電池及白光LED組成的真正綠色照明系統。我國的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)量很大，2006年已達到370MW，太陽(yáng)能組件的生產(chǎn)能力已大于1000MW。這對利用太陽(yáng)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(wú)電區，同樣適合于城鎮（在國外，主要依靠大量安裝屋頂并網(wǎng)系統來(lái)發(fā)展太陽(yáng)能光電產(chǎn)業(yè)）。目前我國已能生產(chǎn)成套適合牧區人民應用的白光LED照明系統，其結構框圖如圖1所示。在一些城市也采用太陽(yáng)能電池、蓄電池及光控電路組成LED路燈，能自動(dòng)地天黑點(diǎn)亮，天亮關(guān)斷，其結構框圖如圖2所示。
利用太陽(yáng)能轉化成電能來(lái)替代火力發(fā)電是最理想的，但大規模地應用太陽(yáng)能電能是一個(gè)大的系統工程。雖然我國已能生產(chǎn)大量的太陽(yáng)能電池，但可惜的是95%用于出口，留在國內應用僅5%，目前利用太陽(yáng)能點(diǎn)亮LED燈僅僅還在起步階段。

4. 采用白光LED來(lái)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(kāi)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(chǎng)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市場(chǎng)上反而少見(jiàn)。目前成批生產(chǎn)的替代白熾燈的有：礦燈、各種手電筒、應急燈、小瓦數閱讀燈及照明燈等。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燈取代白熾燈達到使火電廠(chǎng)減少二氧化碳、二氧化硫排放及節電的意義是十分重大的。北大寬禁帶半導體研究中心張國義教授說(shuō)：“如果全國居民用的電燈能有50%改用LED照明燈，每年節省的電量就是一個(gè)三峽發(fā)電站發(fā)電量的總和?！睆哪壳皝?lái)看，用白光LED燈取代白熾燈還剛開(kāi)始，在LED的用戶(hù)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(zhù)半導體光電材料及工藝技術(shù)的進(jìn)步及大功率白光LED的封裝結構的改進(jìn)，使得這兩三年內白光LED的發(fā)光效率有長(cháng)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(shí)其最高擋可達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)展的目標是200lm/W。

表1列出目前各種燈類(lèi)的一些主要參數，從表1中可以看出，在發(fā)光效率上白光LED不僅遠遠地超過(guò)白熾燈，也超過(guò)普通熒光燈、緊湊型熒光燈（節能熒光燈），這意味著(zhù)：白光LED燈比它們更亮、更節電；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(lái)取代小功率Φ5白光LED設計LED燈。用1個(gè)到幾個(gè)（或十幾個(gè)）LED替代了幾十個(gè)到幾百個(gè)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(jiǎn)化了工藝。
例如，采用18個(gè)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(gè)65lm的1W白光LED做成的強光手電筒，它可照射幾十米遠；若采用Φ5LED來(lái)做則是不可能做到的。

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(kāi)發(fā)出應用于各種場(chǎng)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(jià)格太貴，使一般百姓家難以接受。以家庭常用的白熾燈、節能熒光燈與相同亮度的白光LED燈的價(jià)格比較目前1W白光LED的單價(jià)是8～10元，3W的單價(jià)是20～25元（與LED的質(zhì)量及品牌有關(guān)），另外還要驅動(dòng)電路及結構件。再考慮生產(chǎn)廠(chǎng)家的利潤及商業(yè)利潤，則單價(jià)可能要120元以上。從表2可以看出：9W節能熒光燈的發(fā)光效率與LED差別不大，但單價(jià)要比同樣功率的白光LED燈價(jià)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(jià)格降低8倍左右、發(fā)光效率提高到150lm/W時(shí)，LED燈才能普及，這可能要等幾年。節能熒光燈的上市到普遍應用也有近二十年時(shí)間（這有質(zhì)量上的提高及價(jià)格下降的過(guò)程），白光LED燈的普及可能要比節能熒光燈快些（Φ5高亮度白光LED上市時(shí)單價(jià)大于1.5元，現在批量單價(jià)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)光效率達到120～150lm/W）、價(jià)格上（要比現在的價(jià)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工程、重大項目，需要國家的規劃、引導及扶持，在政策上及經(jīng)濟上的支持。
我國現在在上海、南昌、大連、廈門(mén)已建立四大半導體照明基地及有關(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)域可以大量地應用LED照明燈。這些領(lǐng)域的應用可促進(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照明設計、應用上也可獲得更多的經(jīng)驗，有利于將來(lái)的推廣。這些應用領(lǐng)域都是用電大戶(hù)，對節電能起到很大作用。它們是:
1. 城鎮街道的路燈系統（包括太陽(yáng)能路燈系統）；
2. 隧道及地下停車(chē)場(chǎng)（包括地下商場(chǎng)）；
3. 交通工具的照明（汽車(chē)、電車(chē)、輪船、飛機等的內部及部分外部照明燈）；
4. 大的公共場(chǎng)所的LED照明系統，例如火車(chē)站、地鐵站、飛機場(chǎng)、大型超市、大型百貨公司、大廈及醫院等；
5. 無(wú)電區的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(zhuān)門(mén)的變電裝置輸出低壓直流電（如12V、24V等）并由LED驅動(dòng)器來(lái)驅動(dòng)LED燈，如圖3所示。所以最好在新建這些建筑時(shí)就考慮到用LED燈，則在建筑設計中都把它設計在內，這要經(jīng)濟得多。而歸建筑原用日光燈的照明系統要改造成LED照明，則改造的費用大、改造的時(shí)間長(cháng)（如改造一個(gè)地鐵站或一個(gè)候機大廳的照明系統）。
新建LED照明供電系統需要比傳統照明供電系統要復雜些，費用要高得多，如果沒(méi)有政策的支持及經(jīng)濟的扶持是難以成功的。

結束語(yǔ)
LED燈的應用是一個(gè)綜合技術(shù)的應用，它涉及到LED、太陽(yáng)能電池、蓄電池、AC/DC轉換器、LED驅動(dòng)器等各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)。但目前關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)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(wàn)戶(hù)，可能還要等幾年。