節能照明

節能照明是半導體技術在上個世紀下半葉引發的一場微電子革命，催生了微電子工業和高科技IT產業，改變了整個世界的面貌。化合物半導體技術的迅猛發展和不斷突破，正孕育著一場新的革命——照明革命。新一代照明光源半導體LED，以傳統光源所沒有的優點引發了照明產業技術和套用的革命。半導體LED固態光源替代傳統照明光源是大勢所趨。

基本介紹

• 中文名：節能照明
• 優點：高效低耗，節能環保等
• 食用：光源半導體LED
• 優勢：替代傳統照明光源

LED半導體節能照明的機遇

1、全球性的能源短缺和環境污染在經濟高速發展的中國表現得尤為突出，節能和環保是中國實現社會經濟可持續發展所急需解決的問題。作為能源消耗大戶的照明領域，必須尋找可以替代傳統光源的新一代節能環保的綠色光源。2、半導體LED是當今世界上最有可能替代傳統光源的新一代光源。

LED節能照明產品

其具有如下優點：

①高效低耗，節能環保；

②低壓驅動，回響速度快?安全性高；

③固體化封裝，耐振動，體積小，便於裝配組合；

④可見光區內顏色全系列化，色溫、色純、顯色性、光指向性良好，便於照明套用組合；

⑤直流驅動，無頻閃，用於照明有利於保護人眼視力；

⑥使用壽命長。

3、現階段LED的發光效率偏低和光通量成本偏高是制約其大規模進入照明領域的兩大瓶頸。LED的套用領域主要集中在信號指示、智慧型顯示、汽車燈具、景觀照明和特殊照明領域等。但是，化合物半導體技術的迅猛發展和關鍵技術的即將突破，使今天成為大力發展半導體照明產業的最佳時機。2003年我國人均GDP首次突破1000美元大關，經濟實力得到了進一步的增強，市場上已經初步具備了

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，用半導體LED作為光源的固態照明燈，將逐漸取代傳統的照明燈。

4、各國政府予以高度重視，相繼推出半導體照明計畫，已形成世界性的半導體照明技術合圍突破的態勢。

①美國：“下一代照明計畫”?時間是2000～2010年?投資5億美元。美國半導體照明發展藍圖如表1所示；

②日本：“21世紀的照明計畫”，將耗費60億日元推行半導體照明?目標是在2006年用白光LED替代50%的傳統照明；

③歐盟：“彩虹計畫”?已在2000年7月啟動?通過歐共體的資助?推廣套用白光LED照明；

④中國：2003年6月17日，由科技部牽頭成立了跨部門、跨地區、跨行業的“國家半導體照明工程協調領導小組”。從協調領導小

組成立之日到2005年年底之前，將是半導體照明工程項目的緊急啟動期。從2006年的“十一五”開始，國家將把半導體照明工程作為

一個重大項目進行推動；

5、我國的半導體LED產業鏈經過多年的發展已相對完善，具備了一定的發展基礎。同時，我國又是照明燈具產業的大國，只要政府

和業界協調整合好，發展半導體LED照明產業是大有可為的；

LED的發展歷程

LED技術突破的歷程

（1）1962年，GE、Monsanto、IBM的聯合實驗室開發出發紅光的磷砷化鎵（GaAsP）半導體化合物，從此可見光

發光二極體步入商業化發展進程；

（2）1965年，全球第一款商用化發光二極體誕生，它是用鍺材料製成的可發出紅外光的LED，當時的單價約為45美元。其後不

久，Monsanto和惠普公司推出了用GaAsP材料製作的商用化紅色LED。這種LED的效率大約為0．1lm/W，比一般的6

0～100W白熾燈的（15lm/W）要低上100多倍；

（3）1968年，LED的研發取得了突破性進展，利用氮摻雜工藝使GaAsP器件的效率達到了1lm/W，並且能夠發出紅光、

橙光和黃色光；

（4）1971年，業界又推出了具有相同效率的GaP綠色晶片LED；

（5）到20世紀70年代，由於LED器件在家庭與辦公設備中的大量套用，LED的價格直線下跌。事實上，LED在那個時代主打

的是數字與文字顯示技術領域；

（6）20世紀80年代早期的重大技術突破是開發出了AlGaAs LED，它能以10lm/W的發光效率發出紅光。這一技術進步

使LED能夠套用於室外信息發布以及汽車高位剎車燈（CHMSL）設備；

（7）1990年，業界又開發出了能夠提供相當於最好的紅色器件性能的AlInGaP技術，這比當時標準的GaAsP器件性能要

高出10倍；

（8）今天，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、晶片尺寸和外形方面

的進一步發展使商用化LED的光通量提高了將近30倍；

（9）1994年，日本科學家中村修二在GaN基片上研製出了第一隻藍色光二極體，由此引發了對GaN基LED研究和開發的熱潮

；

（10）20世紀90年代後期，研製出通過藍光激發YAG螢光粉產生白光的LED，但色澤不均勻，使用壽命短，價格高。隨著技術的不斷進步，白光LED的發展相當迅速，其發光效率已經達到30lm/W，實驗室研究成果可以達到60lm/W，大大超過白熾燈，並向螢光燈逼近；

LED封裝形式的發展歷程

LED套用的發展歷程

從其套用發展來看，LED產業的發展歷程依次可分為以下幾個階段：

①指示套用階段；

②信號、顯示套用階段；

③照明套用階段。

LED在節能照明領域的套用

LED在照明領域的套用

（1）信號指示：所有電子設備的功能指示、交通信號燈等（如圖3所示）；

（2）顯示套用：指示牌、廣告牌、大螢幕顯示等（如圖4所示）；

（3）照明套用；

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、轉向燈、倒車燈、側燈、霧燈、車內照明燈、前燈等（如表2所示）；

③特殊照明：太陽能庭院燈、太陽能路燈、太陽能航標燈、小夜燈、檯燈、射燈、室內裝飾燈、洗牆燈、櫥窗燈、畫燈、景觀燈、護攔燈、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。

LED在照明套用中應注意的問題

3.2.1 正確選用合適的LED

（1）LED性能與可靠性的考慮；

（2）實際使用環境與條件的考慮；

（3）成本的考慮。

3.2.2 尊重LED的特點，合理地使用LED

（1）LED額定工作條件的考慮；

（2）LED驅動電路的設計和電源的選用；

（3）LED散熱結構的設計與照明系統的熱量管理；

（4）照明系統的二次光學設計；

（5）照明系統的可靠性設計；

（6）LED的防靜電、抗輻射要求的考慮；

（7）防止LED在實際套用加工中的損傷；

（8）LED的貯存和防護條件的考慮。

3.2.3 與LED製造廠商保持良好的信息溝通和互動配合，共同找出LED在照明領域的最佳套用解決方案

（1）套用端儘可能地將設計要求與期望詳細地向製造廠商描述，以便LED製造廠商提供專業的意見，正確地選用合適的LED；

（2）套用端及時地將LED在使用過程中發生的問題反饋給製造廠商，以便製造廠商進一步改善LED的性能與品質，提出更好的解決

方案；

（3）LED製造廠商應主動配合用戶的要求，提出最佳套用解決方案。同時用心指導用戶合理地使用LED，提高LED的套用可靠性

，使LED的性能得到最大限度的發揮。

節能照明的挑戰與展望

LED半導體照明面臨的挑戰

4.1.1、LED光源

（1）更高的發光效率——真正體現LED節能的優點； 30lm/W——60lm/W——100lm/W——200lm/W

（2）更大的輸入功率——適應普通照明的要求；1W——3W——5W——8W——10W

（3）更低的熱阻——降低LED本身的發熱量；20℃/W——15℃/W——10℃/W——<5℃/W

（4）更高的溫度承受能力——抵抗高溫對LED性能的影響；

（5）更高的單燈光通量——更快進入實際照明套用；30lm——150lm——200lm——1000lm——1500lm

（6）更高的顯色指數——接近傳統光源的顯色性：75——>80——95

（7）更長的壽命——真正體現LED的優點：5KHrs——20KHrs——50KHrs——100KHrs

（8）更理想的光學結構——配合照明套用的光學設計；

（9）更低的售價——LED要真正大規模進入普通照明領域，售價必須降低80%以上。

4.1.2、照明套用

（1）更合理的電源、驅動和控制電路設計——保證LED的套用可靠性，有利於LED優點的體現；

（2）更高的電源與驅動電路效率——真正配合LED節能的優點；

（3）更理想的二次光學設計——針對LED的出光特點，更好地提高LED的套用光效；

（4）更好的照明系統散熱設計和熱量管理——減低LED由於過熱而造成的失效；

（5）更高的系統可靠性設計——保證LED的長壽命特點得以實現。

4.2、半導體照明發展藍圖展望

美國：2002年20lm/W，2007年75lm/W，2012年150lm/W。預計到2025年，固態照明光源的使

用將使照明用電減少一半。從2000～2020年，累計的功效和節約潛力就可以達到減少2．58億噸炭污染物的排出；少建133座新的電站（每座1000MW）；累計節約財政開支1150億美元；形成一個新的每年產值超過500億美元的光源產業，還會帶來高質量的

更多的工作機會；