LED技術在2010年上海世博會的廣泛應用，已引起人們的高度關注。目前世界的能源緊張，尋找并解決未來世界的能源問題成為頭等大事。自高亮度白光LED問世后，便以發(fā)光效率高、節(jié)電效果好、能耗低、安全、低熱量、無污染、壽命長、經濟性優(yōu)等特點，不但應用于照明，還在軍事產品以及其他科技產品上得到廣泛應用。LED照明燈的使用壽命在8-10萬小時左右，且在相同亮度的情況下，LED燈的耗電是白熾燈的1/8。由此可以預言：LED必將得到全球廣泛的關注以及推廣應用?，F在，我國政府正大力推廣高效節(jié)能產品，全面實行政府優(yōu)先和強制采購節(jié)能產品制度。因此，探討LED照明燈的應用技術很有必要。
1.引言
LED(Light Emitting Diode)，發(fā)光二極管，是現代聲控、光控、時控多用途的現代新生產品元件，是現代發(fā)展領先產品，是現代未來的(綠色)新代元件產品。是一種可以直接把電轉化為光的半導體器件。它依靠材料中的正負極電荷復合來發(fā)光。
LED的內在特征決定了它是最理想的光源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源，它有著廣泛的(綠色)新代元件產品用途。
2.LED性能特性：
2.1 節(jié)能安全(現代新能源將取代的元件)
LED使用低壓電源，一般LED的工作電壓是2-3.6V，工作電流是0.02-0.03A，電的耗電量不超過0.1W。是一種比使用高壓電源用電更安全的電器。目前已開始使用在各種公共場所的指示電器上。
2.2 高亮度、低熱量
量度可達傳統(tǒng)燈泡亮度，并且更可調、可控的光源應用。耗電量是普通燈泡的30%左右，甚至比HID或白熾燈更少的熱輻射。安全性能增加200%倍。
2.3 適用性強、體積小
LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕，適用于各種環(huán)境，它也可以應用在現代的軍事以及科技產品上。
2.4 使用壽命長
在恰當的電流和電壓下，LED的使用壽命可達10萬小時。
2.5 性能穩(wěn)定
能正常工作8-10萬小時。
2.6 響應時間短
普通燈的響應時間為毫秒，而LED燈的響應時間為納米級。
2.7 環(huán)保
LED是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染不含汞等有害物質，熱量輻射很少，同時LED也可以回收再利用。
2.8 堅固耐用，抗震性好
比傳統(tǒng)燈具有更強的抗震性能，更能適應和滿足各種場合的安裝需求。LED是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內也沒有松動的部分，這些特點使得LED可以說是不易損壞的新元件產品。
2.9 光束集中
2.10 發(fā)熱量很小
對燈具材料的耐熱性要求很高。
2.11 可控性強
可以實現各種顏色的變化。是各種產品的現代元件，應用于聲控、光控、時控的新元件代替的新產品。
3.LED晶片的分類
3.1 按發(fā)光亮度分：
A.一般亮度：R﹑H﹑G﹑Y﹑E等
B.高亮度：VG﹑VY﹑SR等
C.超高亮度：UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等
D.不可見光(紅外線)：R﹑SIR﹑VIR﹑HIR
E.紅外線接收管：PT
F.光電管：PD
3.2 按特殊種類分：
A.紅外線燈(不可見光)
B.紅外線接收管
C.光電管
3.3 LED晶片在生產和使用中需注意的問題
LED使用的條件:
LED的功率從0.005W到1W甚至在3W到4.5W以上。因此LED工作需要滿足兩個條件:
A.正向電壓V1≤3.4V。
B.正向電流I≥20mA.一般為20mA到1A。
LED在生產或使用中要注意靜電的防護。
4.LED的用途
4.1 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。
4.2 采用白光LED作小型數碼相機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。產品的使用率更高的要求。
4.3 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(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系統(tǒng)來發(fā)展太陽能光電產業(yè))。目前我國已能生產成套適合牧區(qū)人民應用的白光LED照明系統(tǒng)。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。
利用太陽能轉化成電能來替代火力發(fā)電是最理想的，但大規(guī)模地應用太陽能電能是一個大的系統(tǒng)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。上海世博會的應用才引起我們科技人員對產品的重視。
4.4 采用白光LED燈取代白熾燈
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(jié)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(jié)省的電量就是一個三峽發(fā)電站發(fā)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%。2010年上海世界博覽會的(綠色)環(huán)保，對LED技術的廣泛使用，已使人們受到啟發(fā)并引起關注。
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(fā)光效率有長足的進步。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。
在發(fā)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(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先。聲控、光控、時控應用更加廣泛。
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。在軍事產品、科技產品應用更加成熟。
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做成的強光手電筒，它可照射幾十米遠;若采用白熾燈來做則是不可能做到的。
5.LED存在的問題
上面已介紹了白光LED的特點及性能的提高，并開發(fā)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(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(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(jié)能熒光燈快些(Φ5高亮度白光LED上市時單價大于1.5元，現在批量單價已降低到0.125～0.15元)。
6.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(fā)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(tǒng)工程、重大項目，需要國家的規(guī)劃、引導及扶持，在政策上及經濟上的支持。
我國的上海、南昌、大連、廈門等城市已建立四大半導體照明基地，非常重視LED燈的推廣使用工作。目前，廣東省的廣州、深圳、中山、東莞、佛山等城市的路燈已使用LED燈照明。
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(jié)電能起到很大作用。它們是:
A.城鎮(zhèn)街道的路燈系統(tǒng)(包括太陽能路燈系統(tǒng));
B.隧道及地下停車場(包括地下商場);
C.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);
D.大的公共場所的LED照明系統(tǒng)，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(yī)院等;
E.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驅動器來驅動LED燈。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(tǒng)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(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。
給LED供變電電路
7. 總結
通過上面的敘述，我們可以總結得出結論：LED不但具有電路簡單高效、功能多樣、性能穩(wěn)定、節(jié)能的優(yōu)點，而且溫度低，熱量小，安全性很大，有著廣泛的應用前景。通過2010年上海世博會的展示，人們對LED技術有更深刻的認識，更加確認它是高效節(jié)能綠色環(huán)保新產品元件，必須廣泛地應用。這也正好切合我國政府提出的加強節(jié)能減排工作，大力推廣高效節(jié)能產品，全面實行政府優(yōu)先和強制采購節(jié)能產品的制度，廣泛地應用LED技術，更好地完成我國政府部署的把節(jié)能減排作為加強宏觀調控、調整結構、轉變發(fā)展方式的重要任務。
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