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LED照明燈發(fā)展概況

作者: 時(shí)間:2011-10-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

自高亮度白光問世后,由于它具有發(fā)光效率高節(jié)電效果好,并且無污染、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),在照明應(yīng)用上受到各國(guó)的重視。用白光來取代傳統(tǒng)的研發(fā)工作不斷地進(jìn)行著,取得了一些成果。這里舉幾個(gè)實(shí)例。

1. 采用白光作小型LCD彩屏的背光照明來取代冷陰極熒光燈(CCFT)。由于驅(qū)動(dòng)白光LED有電路簡(jiǎn)單、無須正負(fù)電源、且效率高、尺寸小的特點(diǎn),在便攜式電子產(chǎn)品中獲得極其廣泛的應(yīng)用。隨著白光LED性能的提高,白光LED作背光源的應(yīng)用不僅用于手機(jī)、游戲機(jī)、PDA、MP4、數(shù)碼相機(jī)等小彩屏電子產(chǎn)品,目前已應(yīng)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L(zhǎng)ED最大用戶之一,占LED年產(chǎn)量的30%左右。
2. 采用白光LED作小型數(shù)碼相機(jī)的閃光燈來取代傳統(tǒng)的氙燈。由于采用短時(shí)間脈沖給LED供電可以比額定電流大一倍,給出的強(qiáng)光可滿足相機(jī)補(bǔ)光的要求。驅(qū)動(dòng)LED閃光燈的電路無須高壓電源,也沒有較長(zhǎng)的時(shí)間充電的缺點(diǎn),可獲得更多的抓拍機(jī)會(huì),并使電池使用時(shí)間更長(zhǎng)。

3. 采用太陽(yáng)能電池、蓄電池及白光LED組成的真正綠色照明系統(tǒng)。我國(guó)的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)量很大,2006年已達(dá)到370MW,太陽(yáng)能組件的生產(chǎn)能力已大于1000MW。這對(duì)利用太陽(yáng)能點(diǎn)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(guó)外,主要依靠大量安裝屋頂并網(wǎng)系統(tǒng)來發(fā)展太陽(yáng)能光電產(chǎn)業(yè))。目前我國(guó)已能生產(chǎn)成套適合牧區(qū)人民應(yīng)用的白光LED照明系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。在一些城市也采用太陽(yáng)能電池、蓄電池及光控電路組成LED路燈,能自動(dòng)地天黑點(diǎn)亮,天亮關(guān)斷,其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能來替代火力發(fā)電是最理想的,但大規(guī)模地應(yīng)用太陽(yáng)能電能是一個(gè)大的系統(tǒng)工程。雖然我國(guó)已能生產(chǎn)大量的太陽(yáng)能電池,但可惜的是95%用于出口,留在國(guó)內(nèi)應(yīng)用僅5%,目前利用太陽(yáng)能點(diǎn)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(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(chǎn)品,但并未量產(chǎn)。在我國(guó)南方一些工廠生產(chǎn)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)上反而少見。目前成批生產(chǎn)的替代白熾燈的有:礦燈、各種手電筒、應(yīng)急燈、小瓦數(shù)閱讀燈及等。另外,有一些城市用LED路燈作試點(diǎn)工作,但尚未普及。
用白光LED燈取代白熾燈達(dá)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(dǎo)體研究中心張國(guó)義教授說:“如果全國(guó)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(gè)三峽發(fā)電站發(fā)電量的總和?!睆哪壳皝砜?,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(chǎn)量的3%。

發(fā)光效率突破100lm/W
隨著半導(dǎo)體光電材料及工藝技術(shù)的進(jìn)步及大功率白光LED的封裝結(jié)構(gòu)的改進(jìn),使得這兩三年內(nèi)白光LED的發(fā)光效率有長(zhǎng)足的進(jìn)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(jí)的發(fā)光效率可達(dá)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(shí)其最高擋可達(dá)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(biāo)是200lm/W。

表1列出目前各種燈類的一些主要參數(shù),從表1中可以看出,在發(fā)光效率上白光LED不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(lǐng)先。
大功率白光LED的發(fā)光效率的提高給設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)LED燈。用1個(gè)到幾個(gè)(或十幾個(gè))LED替代了幾十個(gè)到幾百個(gè)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(jiǎn)化了工藝。
例如,采用18個(gè)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(gè)65lm的1W白光LED做成的強(qiáng)光手電筒,它可照射幾十米遠(yuǎn);若采用Φ5LED來做則是不可能做到的。

LED燈難進(jìn)百姓家
上面已介紹了白光LED的特點(diǎn)及性能的提高,并開發(fā)出應(yīng)用于各種場(chǎng)合的白光LED燈,但LED燈難進(jìn)百姓家。這不是生產(chǎn)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(jià)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(jià)格比較目前1W白光LED的單價(jià)是8~10元,3W的單價(jià)是20~25元(與LED的質(zhì)量及品牌有關(guān)),另外還要驅(qū)動(dòng)電路及結(jié)構(gòu)件。再考慮生產(chǎn)廠家的利潤(rùn)及商業(yè)利潤(rùn),則單價(jià)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(jià)要比同樣功率的白光LED燈價(jià)格低十幾倍以上。這是白光LED燈難進(jìn)百姓家的主要原因。要等到大功率白光LED的價(jià)格降低8倍左右、發(fā)光效率提高到150lm/W時(shí),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(yīng)用也有近二十年時(shí)間(這有質(zhì)量上的提高及價(jià)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(shí)單價(jià)大于1.5元,現(xiàn)在批量單價(jià)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(guó)進(jìn)入百姓家還有很多工作要做,要在技術(shù)上(發(fā)光效率達(dá)到120~150lm/W)、價(jià)格上(要比現(xiàn)在的價(jià)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(xiàng)系統(tǒng)工程、重大項(xiàng)目,需要國(guó)家的規(guī)劃、引導(dǎo)及扶持,在政策上及經(jīng)濟(jì)上的支持。
我國(guó)現(xiàn)在在上海、南昌、大連、廈門已建立四大半導(dǎo)體照明基地及有關(guān)科研單位,他們將對(duì)LED燈的推廣工作起到重大作用。
目前LED照明燈雖然還難進(jìn)百姓家,但是還有很多領(lǐng)域可以大量地應(yīng)用LED照明燈。這些領(lǐng)域的應(yīng)用可促進(jìn)大功率白光LED的生產(chǎn)、可促進(jìn)技術(shù)的提高,并可降低生產(chǎn)成本。在LED照明設(shè)計(jì)、應(yīng)用上也可獲得更多的經(jīng)驗(yàn),有利于將來的推廣。這些應(yīng)用領(lǐng)域都是用電大戶,對(duì)節(jié)電能起到很大作用。它們是:
1. 城鎮(zhèn)街道的路燈系統(tǒng)(包括太陽(yáng)能路燈系統(tǒng));
2. 隧道及地下停車場(chǎng)(包括地下商場(chǎng));
3. 交通工具的照明(汽車、電車、輪船、飛機(jī)等的內(nèi)部及部分外部照明燈);
4. 大的公共場(chǎng)所的LED照明系統(tǒng),例如火車站、地鐵站、飛機(jī)場(chǎng)、大型超市、大型百貨公司、大廈及醫(yī)院等;
5. 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(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)LED燈,如圖3所示。所以最好在新建這些建筑時(shí)就考慮到用LED燈,則在建筑設(shè)計(jì)中都把它設(shè)計(jì)在內(nèi),這要經(jīng)濟(jì)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(fèi)用大、改造的時(shí)間長(zhǎng)(如改造一個(gè)地鐵站或一個(gè)候機(jī)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(fù)雜些,費(fèi)用要高得多,如果沒有政策的支持及經(jīng)濟(jì)的扶持是難以成功的。

結(jié)束語(yǔ)
LED燈的應(yīng)用是一個(gè)綜合技術(shù)的應(yīng)用,它涉及到LED、太陽(yáng)能電池、蓄電池、AC/DC轉(zhuǎn)換器、LED驅(qū)動(dòng)器等各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)。但目前關(guān)鍵技術(shù)問題還是LED的發(fā)光效率不夠高、生產(chǎn)成本不夠低。要使LED燈進(jìn)入千家萬戶,可能還要等幾年。

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