2008年LED燈的發展現狀

自高亮度白光LED問世后，由于它具有發光效率高節電效果好，并且無污染、壽命長的特點，在照明應用上受到各國的重視。用白光LED作照明燈來取代傳統照明燈的研發工作不斷地進行著，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）。由于驅動白光LED有電路簡單、無須正負電源、且效率高、尺寸小的特點，在便攜式電子產品中獲得極其廣泛的應用。隨著白光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LED最大用戶之一，占LED年產量的30%左右。


2. 采用白光LED作小型數碼相機的閃光燈來取代傳統的氙燈。由于采用短時間脈沖給LED供電可以比額定電流大一倍，給出的強光可滿足相機補光的要求。驅動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，可獲得更多的抓拍機會，并使電池使用時間更長。

圖1??LED照明系統結構框圖


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。我國的太陽能電池生產量很大，2006年已達到370MW，太陽能組件的生產能力已大于 1000MW.這對利用太陽能點亮白光LED燈創造了極為良好的條件。這不僅用于無電區，同樣適合于城鎮（在國外，主要依靠大量安裝屋頂并網系統來發展太陽能光電產業）。目前我國已能生產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能電池、蓄電池及光控電路組成 LED路燈，能自動地天黑點亮，天亮關斷，其結構框圖如圖2所示。


利用太陽能轉化成電能來替代火力發電是最理想的，但大規模地應用太陽能電能是一個大的系統工程。雖然我國已能生產大量的太陽能電池，但可惜的是95%用于出口，留在國內應用僅5%，目前利用太陽能點亮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開發出小功率LED燈泡（15W）、15～20W的管燈及40～60W的路燈、投射燈等產品，但并未量產。在我國南方一些工廠生產出各種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上反而少見。目前成批生產的替代白熾燈的有：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路燈作試點工作，但尚未普及。


用白光LED燈取代白熾燈達到使火電廠減少二氧化碳、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：“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三峽發電站發電量的總和。”從目前來看，用白光LED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年產量的3%。



發光效率突破100lm/W

隨著半導體光電材料及工藝技術的進步及大功率白光LED的封裝結構的改進，使得這兩三年內白光LED的發光效率有長足的進步。1～5W的白光LED從以前的發光效率為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電流時其最高擋可達107～114lm（其功率為0.35A× 3.3V=1.15W，其發光效率為93～99lm/W），典型的發光效率是80lm/W，而發展的目標是200lm/W。


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


大功率白光LED的發光效率的提高給設計白光LED燈創造了條件，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做成的強光手電筒，它可照射幾十米遠；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作迷你型投影機的光源，其壽命可達20000小時（傳統的光源壽命僅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，并且能由于強光燈。過去汽車除車頭燈不能用LED來做外，其他車內外燈都可以用LED來做，這包括剎車燈及高位剎車燈、轉彎燈、倒車燈、散霧燈及儀表報背光燈、車內照明燈等。預測在2010年后的汽車內外各種燈都會采用LED來做。汽車行業也將成為LED的大用戶之一。



LED燈難進百姓家
上面已介紹了白光LED的特點及性能的提高，并開發出應用于各種場合的白光LED 燈，但LED燈難進百姓家。這不是生產上存在什么難題，主要原因是白光LED照明燈的發光效率還不太高，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的質量及品牌有關），另外還要驅動電路及結構件。再考慮生產廠家的利潤及商業利潤，則單價可能要120元以上。從表2可以看出：9W節能熒光燈的發光效率與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、發光效率提高到150lm/W時，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間（這有質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能熒光燈快些（Φ5高亮度白光LED上市時單價大于1.5元，現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，但真的要在我國進入百姓家還有很多工作要做，要在技術上（發光效率達到120～150lm/W）、價格上（要比現在的價格降低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工程、重大項目，需要國家的規劃、引導及扶持，在政策上及經濟上的支持。


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


目前LED照明燈雖然還難進百姓家，但是還有很多領域可以大量地應用LED照明燈。這些領域的應用可促進大功率白光LED的生產、可促進技術的提高，并可降低生產成本。在LED照明設計、應用上也可獲得更多的經驗，有利于將來的推廣。這些應用領域都是用電大戶，對節電能起到很大作用。它們是:
1. 城鎮街道的路燈系統（包括太陽能路燈系統）；
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、飛機等的內部及部分外部照明燈）；
4. 大的公共場所的LED照明系統，例如火車站、地鐵站、飛機場、大型超市、大型百貨公司、大廈及醫院等；
5. 無電區的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，需要專門的變電裝置輸出低壓直流電（如12V、24V等）并由LED驅動器來驅動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，則在建筑設計中都把它設計在內，這要經濟得多。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、改造的時間長（如改造一個地鐵站或一個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，如果沒有政策的支持及經濟的扶持是難以成功的。



結束語
LED燈的應用是一個綜合技術的應用，它涉及到LED、太陽能電池、蓄電池、AC/DC轉換器、LED驅動器等各個領域的技術。但目前關鍵技術問題還是LED的發光效率不夠高、生產成本不夠低。要使LED燈進入千家萬戶，可能還要等幾年。