�。�、ＬＥＤ半導(dǎo)體照明的機(jī)遇

　　（１）全球性的能源短缺和環(huán)境污染在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的中國(guó)表現(xiàn)得尤為突出，節(jié)能和環(huán)保是中國(guó)實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展所急需解決的問題。作為能源消耗大戶的照明領(lǐng)域，必須尋找可以替代傳統(tǒng)光源的新一代節(jié)能環(huán)保的綠色光源。

　�。ǎ玻┌雽�(dǎo)體ＬＥＤ是當(dāng)今世界上最有可能替代傳統(tǒng)光源的新一代光源。

其具有如下優(yōu)點(diǎn)：
①高效低耗，節(jié)能環(huán)保；
②低壓驅(qū)動(dòng)，響應(yīng)速度快�煱踩�性高；
③固體化封裝，耐振動(dòng)，體積小，便于裝配組合；
④可見光區(qū)內(nèi)顏色全系列化，色溫、色純、顯色性、光指向性良好，便于照明應(yīng)用組合；
⑤直流驅(qū)動(dòng)，無頻閃，用于照明有利于保護(hù)人眼視力；
⑥使用壽命長(zhǎng)。

　�。ǎ常┈F(xiàn)階段ＬＥＤ的發(fā)光效率偏低和光通量成本偏高是制約其大規(guī)模進(jìn)入照明領(lǐng)域的兩大瓶頸。目前ＬＥＤ的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在信號(hào)指示、智能顯示、汽車燈具、景觀照明和特殊照明領(lǐng)域等。但是，化合物半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)的即將突破，使今天成為大力發(fā)展半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的最佳時(shí)機(jī)。２００３年我國(guó)人均ＧＤＰ首次突破１０００美元大關(guān)，經(jīng)濟(jì)實(shí)力得到了進(jìn)一步的增強(qiáng)，市場(chǎng)上已經(jīng)初步具備了接受較高光通量成本（初始成本）光源的能力。在未來的１０～２０年內(nèi)，用半導(dǎo)體ＬＥＤ作為光源的固態(tài)照明燈，將逐漸取代傳統(tǒng)的照明燈。

　�。ǎ矗└鲊�(guó)政府予以高度重視，相繼推出半導(dǎo)體照明計(jì)劃，已形成世界性的半導(dǎo)體照明技術(shù)合圍突破的態(tài)勢(shì)。

　�、倜绹�(guó)：“下一代照明計(jì)劃”�煏r(shí)間是２０００～２０１０年�熗顿Y５億美元。美國(guó)半導(dǎo)體照明發(fā)展藍(lán)圖如表１所示；

　�、谌毡荆骸埃玻笔兰o(jì)的照明計(jì)劃”，將耗費(fèi)６０億日元推行半導(dǎo)體照明�熌繕�(biāo)是在２００６年用白光ＬＥＤ替代５０％的傳統(tǒng)照明；

　�、蹥W盟：“彩虹計(jì)劃”�熞言冢玻埃埃澳辏吩聠�動(dòng)�熗ㄟ^歐共體的資助�熗茝V應(yīng)用白光ＬＥＤ照明；

　�、苤袊�(guó)：２００３年６月１７日，由科技部牽頭成立了跨部門、跨地區(qū)、跨行業(yè)的“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組”。從協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組成立之日到２００５年年底之前，將是半導(dǎo)體照明工程項(xiàng)目的緊急啟動(dòng)期。從２００６年的“十一五”開始，國(guó)家將把半導(dǎo)體照明工程作為一個(gè)重大項(xiàng)目進(jìn)行推動(dòng)；

　�。ǎ担┪覈�(guó)的半導(dǎo)體ＬＥＤ產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)過多年的發(fā)展已相對(duì)完善，具備了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。同時(shí)，我國(guó)又是照明燈具產(chǎn)業(yè)的大國(guó)，只要政府和業(yè)界協(xié)調(diào)整合好，發(fā)展半導(dǎo)體ＬＥＤ照明產(chǎn)業(yè)是大有可為的；

　�。玻�１ ＬＥＤ技術(shù)突破的歷程

　�。ǎ保�１９６２年，ＧＥ、Ｍｏｎｓａｎｔｏ、ＩＢＭ的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出發(fā)紅光的磷砷化鎵（ＧａＡｓＰ）半導(dǎo)體化合物，從此可見光發(fā)光二極管步入商業(yè)化發(fā)展進(jìn)程；

　�。ǎ玻�１９６５年，全球第一款商用化發(fā)光二極管誕生，它是用鍺材料制成的可發(fā)出紅外光的ＬＥＤ，當(dāng)時(shí)的單價(jià)約為４５美元。其后不久，Ｍｏｎｓａｎｔｏ和惠普公司推出了用ＧａＡｓＰ材料制作的商用化紅色ＬＥＤ。這種ＬＥＤ的效率大約為０．１ｌｍ／Ｗ，比一般的６０～１００Ｗ白熾燈的（１５ｌｍ／Ｗ）要低上１００多倍；

　�。ǎ常�１９６８年，ＬＥＤ的研發(fā)取得了突破性進(jìn)展，利用氮摻雜工藝使ＧａＡｓＰ器件的效率達(dá)到了１ｌｍ／Ｗ，并且能夠發(fā)出紅光、橙光和黃色光；

　�。ǎ矗�１９７１年，業(yè)界又推出了具有相同效率的ＧａＰ綠色芯片ＬＥＤ；

　�。ǎ担┑剑玻笆兰o(jì)７０年代，由于ＬＥＤ器件在家庭與辦公設(shè)備中的大量應(yīng)用，ＬＥＤ的價(jià)格直線下跌。事實(shí)上，ＬＥＤ在那個(gè)時(shí)代主打的是數(shù)字與文字顯示技術(shù)領(lǐng)域；

　�。ǎ叮�２０世紀(jì)８０年代早期的重大技術(shù)突破是開發(fā)出了ＡｌＧａＡｓ ＬＥＤ，它能以１０ｌｍ／Ｗ的發(fā)光效率發(fā)出紅光。這一技術(shù)進(jìn)步使ＬＥＤ能夠應(yīng)用于室外信息發(fā)布以及汽車高位剎車燈（ＣＨＭＳＬ）設(shè)備；

　�。ǎ罚�１９９０年，業(yè)界又開發(fā)出了能夠提供相當(dāng)于最好的紅色器件性能的ＡｌＩｎＧａＰ技術(shù)，這比當(dāng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的ＧａＡｓＰ器件性能要高出１０倍；

　�。ǎ福┙裉�，效率最高的ＬＥＤ是用透明襯底ＡｌＩｎＧａＰ材料做的。在１９９１～２００１年期間，材料技術(shù)、芯片尺寸和外形方面的進(jìn)一步發(fā)展使商用化ＬＥＤ的光通量提高了將近３０倍；

　�。ǎ梗�１９９４年，日本科學(xué)家中村修二在ＧａＮ基片上研制出了第一只藍(lán)色光二極管，由此引發(fā)了對(duì)ＧａＮ基ＬＥＤ研究和開發(fā)的熱潮；

　�。ǎ保埃�２０世紀(jì)９０年代后期，研制出通過藍(lán)光激發(fā)ＹＡＧ熒光粉產(chǎn)生白光的ＬＥＤ，但色澤不均勻，使用壽命短，價(jià)格高。近年來隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，白光ＬＥＤ的發(fā)展相當(dāng)迅速，其發(fā)光效率已經(jīng)達(dá)到３０ｌｍ／Ｗ，實(shí)驗(yàn)室研究成果可以達(dá)到６０ｌｍ／Ｗ，大大超過白熾燈，并向熒光燈逼近；

　�。玻�３ ＬＥＤ應(yīng)用的發(fā)展歷程

　　從其應(yīng)用發(fā)展來看，ＬＥＤ產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程依次可分為以下幾個(gè)階段：
①指示應(yīng)用階段；
②信號(hào)、顯示應(yīng)用階段；
③照明應(yīng)用階段。

　　３ ＬＥＤ在照明領(lǐng)域的應(yīng)用　�。ǎ保┬盘�(hào)指示：所有電子設(shè)備的功能指示、交通信號(hào)燈等；
　�。ǎ玻╋@示應(yīng)用：指示牌、廣告牌、大屏幕顯示等；
　　（３）照明應(yīng)用；

①手電筒、頭燈、礦燈、潛水燈等；
②汽車用燈：高位剎車燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向燈、倒車燈、側(cè)燈、霧燈、車內(nèi)照明燈、前燈等（如表２所示）；
③特殊照明：太陽能庭院燈、太陽能路燈、太陽能航標(biāo)燈、小夜燈、臺(tái)燈、射燈、室內(nèi)裝飾燈、洗墻燈、櫥窗燈、畫燈、景觀燈、護(hù)攔燈、地埋燈、地磚燈、水底燈等（如圖５、圖６所示）；
④背光照明：普通電子設(shè)備功能顯示背光源、筆記本電腦背光源、大尺寸ＬＣＤ顯示器背光源等；
⑤投影光源：投影儀用ＲＧＢ光源；
⑥普通照明。

　�。常�２ ＬＥＤ在照明應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

3.2.1 正確選用合適的LED

（１）ＬＥＤ性能與可靠性的考慮；
（２）實(shí)際使用環(huán)境與條件的考慮；
（３）成本的考慮。

3.2.2 尊重LED的特點(diǎn)，合理地使用LED

（１）ＬＥＤ額定工作條件的考慮；
（２）ＬＥＤ驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和電源的選用；
（３）ＬＥＤ散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與照明系統(tǒng)的熱量管理；
（４）照明系統(tǒng)的二次光學(xué)設(shè)計(jì)；
（５）照明系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)；
（６）ＬＥＤ的防靜電、抗輻射要求的考慮；
（７）防止ＬＥＤ在實(shí)際應(yīng)用加工中的損傷；
（８）ＬＥＤ的貯存和防護(hù)條件的考慮。

3.2.3 與LED制造廠商保持良好的信息溝通和互動(dòng)配合，共同找出LED在照明領(lǐng)域的最佳應(yīng)用解決方案

　�。ǎ保�應(yīng)用端盡可能地將設(shè)計(jì)要求與期望詳細(xì)地向制造廠商描述，以便ＬＥＤ制造廠商提供專業(yè)的意見，正確地選用合適的ＬＥＤ；

　�。ǎ玻�應(yīng)用端及時(shí)地將ＬＥＤ在使用過程中發(fā)生的問題反饋給制造廠商，以便制造廠商進(jìn)一步改善ＬＥＤ的性能與品質(zhì)，提出更好的解決方案；

　　（３）ＬＥＤ制造廠商應(yīng)主動(dòng)配合用戶的要求，提出最佳應(yīng)用解決方案。同時(shí)用心指導(dǎo)用戶合理地使用ＬＥＤ，提高ＬＥＤ的應(yīng)用可靠性，使ＬＥＤ的性能得到最大限度的發(fā)揮。

　�。�、挑戰(zhàn)與展望

　�。矗�１ ＬＥＤ半導(dǎo)體照明面臨的挑戰(zhàn)

4.1.1、LED光源

　�。ǎ保└�高的發(fā)光效率——真正體現(xiàn)ＬＥＤ節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)； ３０ｌｍ／Ｗ——６０ｌｍ／Ｗ——１００ｌｍ／Ｗ——２００ｌｍ／Ｗ

　　（２）更大的輸入功率——適應(yīng)普通照明的要求；１Ｗ——３Ｗ——５Ｗ——８Ｗ——１０Ｗ　�。ǎ常└�低的熱阻——降低ＬＥＤ本身的發(fā)熱量；２０℃／Ｗ——１５℃／Ｗ——１０℃／Ｗ——＜５℃／Ｗ

　�。ǎ矗└�高的溫度承受能力——抵抗高溫對(duì)ＬＥＤ性能的影響；

　　（５）更高的單燈光通量——更快進(jìn)入實(shí)際照明應(yīng)用；３０ｌｍ——１５０ｌｍ——２００ｌｍ——１０００ｌｍ——１５００ｌｍ

　�。ǎ叮└�高的顯色指數(shù)——接近傳統(tǒng)光源的顯色性：７５——＞８０——９５

　　（７）更長(zhǎng)的壽命——真正體現(xiàn)ＬＥＤ的優(yōu)點(diǎn)：５ＫＨｒｓ——２０ＫＨｒｓ——５０ＫＨｒｓ——１００ＫＨｒｓ

　�。ǎ福└�理想的光學(xué)結(jié)構(gòu)——配合照明應(yīng)用的光學(xué)設(shè)計(jì)；

　�。ǎ梗└�低的售價(jià)——ＬＥＤ要真正大規(guī)模進(jìn)入普通照明領(lǐng)域，售價(jià)必須比目前降低８０％以上。

　　4.1.2、照明應(yīng)用

　　（１）更合理的電源、驅(qū)動(dòng)和控制電路設(shè)計(jì)——保證ＬＥＤ的應(yīng)用可靠性，有利于ＬＥＤ優(yōu)點(diǎn)的體現(xiàn)；

　�。ǎ玻└�高的電源與驅(qū)動(dòng)電路效率——真正配合ＬＥＤ節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)；

　�。ǎ常└�理想的二次光學(xué)設(shè)計(jì)——針對(duì)ＬＥＤ的出光特點(diǎn)，更好地提高ＬＥＤ的應(yīng)用光效；

　　（４）更好的照明系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)和熱量管理——減低ＬＥＤ由于過熱而造成的失效；

　�。ǎ担└�高的系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)——保證ＬＥＤ的長(zhǎng)壽命特點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)。

　�。�.２、半導(dǎo)體照明發(fā)展藍(lán)圖展望

　�。ǎ保┟绹�(guó)：２００２年２０ｌｍ／Ｗ，２００７年７５ｌｍ／Ｗ，２０１２年１５０ｌｍ／Ｗ。預(yù)計(jì)到２０２５年，固態(tài)照明光源的使用將使照明用電減少一半。從２０００～２０２０年，累計(jì)的功效和節(jié)約潛力就可以達(dá)到減少２．５８億噸炭污染物的排出；少建１３３座新的電站（每座１０００ＭＷ）；累計(jì)節(jié)約財(cái)政開支１１５０億美元；形成一個(gè)新的每年產(chǎn)值超過５００億美元的光源產(chǎn)業(yè)，還會(huì)帶來高質(zhì)量的更多的工作機(jī)會(huì)；

　�。ǎ玻┤毡荆阂呀�(jīng)完成了“二十一世紀(jì)照明”發(fā)展計(jì)劃的第一期目標(biāo)，正在組織實(shí)施第二期計(jì)劃。計(jì)劃到２０１０年，ＬＥＤ的發(fā)光效率達(dá)到１２０ｌｍ／Ｗ；

　　（３）韓國(guó)：“固態(tài)照明計(jì)劃”經(jīng)政府審議批準(zhǔn)，２００４～２００８年國(guó)家投入１億美元，企業(yè)提供３０％的配套資金，近期開始實(shí)施，預(yù)計(jì)到２００８年達(dá)到８０ｌｍ／Ｗ；

　�。ǎ矗┡_(tái)灣：推動(dòng)“次世紀(jì)照明光源開發(fā)計(jì)劃”，投資約６～１０億新臺(tái)幣，２００５年目標(biāo)是４０ｌｍ／Ｗ的ＬＥＤ投入生產(chǎn)，而實(shí)驗(yàn)室目標(biāo)為１００ｌｍ／Ｗ；

[打印本頁]  [關(guān)閉窗口]