? ? ??LED光源在照明領域的應用，是半導體發(fā)光材料技術高速發(fā)展及“綠色照明”概念逐步深入人心的產(chǎn)物?！熬G色照明”是國外照
明領域在上世紀80年代未提出的新概念，我國“綠色照明工程”的實施始于1996年。實現(xiàn)這一計劃的重要步驟就是要發(fā)展和推廣
高效、節(jié)能照明器具，節(jié)約照明用電，減少環(huán)境及光污染，建立一個優(yōu)質高效、經(jīng)濟舒適、安全可靠、有益環(huán)境的照明系統(tǒng)?
一、LED照明概念LED（LightEmittingDiode），又稱發(fā)光二極管，它們利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，當兩端加上正向電壓，半導體中的載流子發(fā)生復合，放出過剩的能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見光。?
（一）LED的發(fā)展歷史。
應用半導體PN結發(fā)光源原理制成LED問世于20世紀60年代初，1964年首先出現(xiàn)紅色發(fā)光二極管，之后出現(xiàn)黃色LED。直到
1994年，藍色、綠色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司（日亞）成功開發(fā)出白色LED。LED以其固有的特點，如省電、
壽命長、耐震動、響應速度快、冷光源等特點，廣泛應用于指示燈、信號燈、顯示屏、景觀照明等領域，在我們的日常生活中處
處可見，家用電器、電話機、儀表板照明、汽車防霧燈、交通信號燈等。但由于其亮度差、價格昂貴等條件的限制，無法作為通
用光源推廣應用。近年來，隨著人們對半導體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進步和新材料（氮化物晶體和熒光
粉）的開發(fā)和應用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實現(xiàn)了可見光波段的
所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現(xiàn)，使LED應用領域跨越至高效率照明光源市場成為可能。曾經(jīng)有人指出，高
亮度LED將是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈泡后，最偉大的發(fā)明之一。?
（二）LED發(fā)光原理發(fā)光二極管主要由PN結芯片、電極和光學系統(tǒng)組成。
其發(fā)光體—晶片的面積為10.12mil(1mil=0.0254平方毫米)，目前國際上出現(xiàn)大晶片LED，晶片面積達40mil。其發(fā)光過程包
括三部分：正向偏壓下的載流子注入、復合輻射和光能傳輸。微小的半導體晶片被封裝在潔凈的環(huán)氧樹脂物中，當電子經(jīng)過該晶
片時，帶負電的電子移動到帶正電的空穴區(qū)域并與之復合，電子和空穴消失的同時產(chǎn)生光子。電子和空穴之間的能量（帶隙）越
大，產(chǎn)生的光子的能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色對應，可見光的頻譜范圍內(nèi)，藍色光、紫色光攜帶的能量最多，桔
色光、紅色光攜帶的能量最少。由于不同的材料具有不同的帶隙，從而能夠發(fā)出不同顏色的光。LED照明光源的主流將是高亮度
的白光LED。目前，已商品化的白光LED多是二波長，即以藍光單晶片加上YAG黃色熒光粉混合產(chǎn)生白光。未來較被看好的是三
波長白光LED，即以無機紫外光晶片加紅、藍、綠三顏色熒光粉混合產(chǎn)生白光，它將取代熒光燈、緊湊型節(jié)能熒光燈泡及LED背
光源等市場。?
（三）LED光源的基本特征?
1、發(fā)光效率高LED經(jīng)過幾十年的技術改良，其發(fā)光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵鎢燈光效為12－24流明/瓦，熒光燈
50～70流明/瓦，鈉燈90～140流明/瓦，大部分的耗電變成熱量損耗。LED光效經(jīng)改良后將達到達50～200流明/瓦，而且其光
的單色性好、光譜窄，無需過濾可直接發(fā)出有色可見光。目前，世界各國均加緊提高LED光效方面的研究，在不遠的將來其發(fā)光
效率將有更大的提高。?
2、耗電量少LED單管功率0.03～0.06瓦，采用直流驅動，單管驅動電壓1.5～3.5伏，電流15~18毫安，反應速度快，可在
高頻操作。同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈泡的萬分之一，熒光燈管的二分之一、日本估計，如采用光效比熒光燈還要
高兩倍的LED替代日本一半的白熾燈和熒光燈。每年可節(jié)約相當于60億升原油。就橋梁護欄燈例，同樣效果的一支日光燈40多
瓦，而采用LED每支的功率只有8瓦，而且可以七彩變化。?
3、使用壽命長采用電子光場輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰減等缺點。而采用LED燈體積小、重量輕，環(huán)氧樹脂
封裝，可承受高強度機械沖擊和震動，不易破碎。平均壽命達10萬小時。LED燈具使用壽命可達5～10年，可以大大降低燈具的
維護費用，避免經(jīng)常換燈之苦。?
4、安全可靠性強發(fā)熱量低，無熱輻射性，冷光源，可以安全抵摸：能精確控制光型及發(fā)光角度，光色柔和，無眩光；不含
汞、鈉元素等可能危害健康的物質。內(nèi)置微處理系統(tǒng)可以控制發(fā)光強度，調(diào)整發(fā)光方式，實現(xiàn)光與藝術結合。?
5、有利于環(huán)保LED為全固體發(fā)光體，耐震、耐沖擊不易破碎，廢棄物可回收，沒有污染。光源體積小，可以隨意組合，易
開發(fā)成輕便薄短小型照明產(chǎn)品，也便于安裝和維護。當然，節(jié)能是我們考慮使用LED光源的最主要原因，也許LED光源要比傳統(tǒng)
光源昂貴，但是用一年時間的節(jié)能收回光源的投資，從而獲得4～9年中每年幾倍的節(jié)能凈收益期。?
二、LED照明光源技術的應用前景及趨勢
長期以來，由于LED光效低的原因，其應用主要集中在各種顯示領域。隨著超高亮度LED（特別是白光LED）的出現(xiàn)，在照
明領域的應用成為可能。據(jù)國際權威機構預測，二十一世紀將進入以LED為代表的新型照明光源時代，被稱為第四代新光源。?
（一）前景及發(fā)展趨勢
目前，照明消耗約占整個電力消耗的20％，大大降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑，為實現(xiàn)這一目標，業(yè)界已研究開發(fā)
出許多種節(jié)能照明器具，并達到了一定的成效。但是，距離“綠色照明”的要求還遠遠不夠，開發(fā)和應用更高效、可靠、安全、耐
用的新型光源勢在必行。LED以其固有的優(yōu)越性正吸引著世界的目光。美國、日本等國家和臺灣地區(qū)對LED照明效益進行了預
測，美國55％的白熾燈及55％的日光燈被LED取代，每年節(jié)省350億美元電費，每年減少7.55億噸二氧化碳排放量。日本100％
的白熾燈換成LED，可減少1～2座核電廠發(fā)電量，每年節(jié)省10億公升以上的原油消耗。臺灣地區(qū)25％的白熾燈及100％的日光燈
被白光LED取代，每年節(jié)省110億度電。日本早在1998年就編制“21世紀計劃”，針對新世紀照明用LED光源進行實用性研究。近
年來，日本日亞化工、豐田合成、SONY、佳友電工等都已有LED照明產(chǎn)品問世。世界著名的照明公司如飛利浦、歐司朗、GE等
也投入大量的人力物力進行LED照明產(chǎn)品的研究開發(fā)和生產(chǎn)。美國GE公司和EMCORE公司合作成立新公司，專門開發(fā)白光LED，
以取代白熾燈、緊湊型熒光燈、鹵鎢燈和汽車燈。德國歐司朗公司與西門子公司合作開發(fā)LED照明系統(tǒng)。臺灣目前的LED產(chǎn)量僅
次于日本列在美國之前，從1998年開始投入6億臺幣進行相關開發(fā)工作。LED發(fā)展歷史已經(jīng)幾十年，但在照明領域的應用還是新
技術。隨著LED技術的迅猛發(fā)展，其發(fā)光效率的逐步提高，LED的應用市場將更加廣泛，特別在全球能源短缺的憂慮再度升高的
背景下，LED在照明市場的前景更備受全球矚目，被業(yè)界認為在未來10年成為最被看好的市場以及最大的市場，也將是取代白熾
燈、鎢絲燈和熒光燈的最大潛力商品。?
（二）照明應用中存在的主要技術問題
近年來，LED的發(fā)光效率正在逐步提高，商品化的器件已達到白熾燈的水平，景觀燈采用的白色LED發(fā)光效率接近熒光燈的
水平，并在穩(wěn)步增長中。但是，在照明普及應用方面仍存在一些技術性問題：一是光通量有待進一步提高。采用LED作為照明光
源，必須可以發(fā)出更多的光，必須具有更高的能量效率。二是LED發(fā)出的光與自然光仍有一定的差距。白熾燈具有非常強的黃色
光的成分，給人一種溫暖的感覺。而白光LED發(fā)出的白光帶有藍色光的成分，在這種光的照明下，人們的視覺不很自然。三是價
格較高。這是影響LED照明普及的主要原因。但是，近年來出于晶片技術的改良，制造成本正在急劇下降，近三年來LED的價格
下降了近50％，其正朝著高效率、低成本的方向發(fā)展，這為LED在照明領域的應用提供了有利條件。此外，較好的性價比也可以
彌補成本價格方面的不足。?
三、LED照明技術在燈光環(huán)境中的應用
由于LED光源具有發(fā)光效率高、耗電量少、使用壽命長、安全可靠性強，有利于環(huán)保等特性，近幾年來在城市燈光環(huán)境中得
到了廣泛的應用。目前已應用于數(shù)碼幻彩、護欄照明、廣場照明、庭院照明、投光照明、水下照明系列。許多城市利用LED光源
照明技術應用于城市燈光環(huán)境建設中，產(chǎn)生了良好的效果，積累了豐富的經(jīng)驗。如廣州電力大廈、廣州鶴洞大橋、廣州工商行大
廈、珠海迎賓南路燈光工程、東莞中心城區(qū)燈光工程、鄭州河南醫(yī)科大立交橋、上海延安路燈光工程、湖南常德市丹陽天橋、南
通市通訊塔燈光工程等。?
隨著全國城市化的進一步發(fā)展，燈光環(huán)境（包括路燈、景觀燈、藝術燈等）建設領域將不斷擴大，LED光源的應用也將不斷
發(fā)展。LED作為第四代新光源，在城市景觀燈建設領域中已得到了有效的應用，但要在路燈建設和維護中取代大功率的高壓鈉
燈、高壓汞燈、金鹵燈等光源，還需進一步的研究和探討，認真解決LED光源在照明應用中存在的技術問題，還需LED光源生產(chǎn)
廠家結合路燈行業(yè)的實際情況，生產(chǎn)符合路燈建設和維修所需的新產(chǎn)品，使第四代新光源在城市照明建設中發(fā)揮更大的作用。
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