(这是为某单位作的有关LED照明现状的专题咨询,转载请注明) 

三、LED 照明光源的可行性

自1996年国家经贸委等部门组织实施“中国绿色照明工程”以来,绿色照明的概念深入人心。作为第四代新型照明光源,LED具有许多不同于其他电光源的特点(表3),这也使其成为节能环保光源的{sx}。

随着全球石油、煤炭等矿物质能源价格的日益飙升和地球环境的日益恶化，节能减排、环保等议题已经得到大多数国家和人民的认可，LED作为第四代新型照明光源已经具备了广阔的应用环境和市场。

（一）LED照明所具备的优势与缺陷

1、LED照明的优势

   有资料介绍了LED灯具与传统灯具性能对比，见表3。

表3　LED灯具与传统灯具性能对比

由表3分析可知,相对于其他目前比较普及电光源来说,LED有如下优点:

1) 节能：固体冷光源光效高,目前{zg}已经超过了100lm/W,预计最终可以达到200lm/W。现在大部分家用照明灯具采用白炽灯照明,其光效约为8lm/W;

2) 环保：由于采用电致发光的原理,没有有害金属汞污染问题,废物可以回收,并且冷光源发热量较低;

3) 安全：LED使用低压电源,比较适用于公共场合;

4) 可靠：LED具有坚固、耐震、耐冲击等特性,光源稳定性好;

5) 适用性：体积小、重量轻,每个单元LED 小片是3～5mm的正方形,因此可以封装成各种形状的器件,适合于易变的环境;

6) 响应时间：白炽灯的响应时间为毫秒级,而LED的响应时间为纳秒级,因此可以高频操作;

7) 控制管理：LED可以集中控制,也易于分散控制或对点进行调节控制。还可以通过控制LED的电流调光,通过不同光色组合调色,达到多种动态变化效果。

2、目前还存在的影响LED照明应用的缺陷

    目前的LED照明产品正处于初期发展阶段,其发光效率也在不断的提高,但还需要解决一些技术上的问题才能真正使LED在照明领域得到普及:

1) 发光效率：一般LED的发光效率即输出对输入的效率(Ywp)是有三个独立的效率即电压效率(Yv)、内部量子效率(Yi)和光输出到外部效率(Yext)的乘积表示的,公式如下:

由上式可以看出:LED的发光效率是由其半导体材料与芯片结构和制造工艺所决定的；

2) 散热问题：尽管普通的小LED 灯体积只有0103立方毫米,不存在散热问题,但用于常规照明的高功率LED的体积至少要在1立方毫米以上,热量的集中度相当高。散热不良将导致LED芯片结温迅速上升和环氧树脂碳化变黄,从而造成LED的加速光衰,降低LED的寿命,甚至失效；

3) 价格：这是影响LED照明普及的主要原因。上述问题的解决,仍需技术上的提升,如生产高质量的外延片、设计新型的芯片结构、采用倒装焊封装结构、利用表面粗糙技术等等,不断提高LED芯片的xxx,使其朝高效率、低成本的方向发展,促使LED成为照明世界的真正主导者。

3、照明应用情况

全色超高亮度LED的实用化和商品化,使照明领域面临一场新的革命。LED是21世纪具有竞争力的新型电光源,尽管其xx取代白炽灯和荧光灯尚需5年～15年,但LED 早已与人们的生活密不可分。从应用市场结构看,LED主要应用范围包括显示屏、手机、指示灯、LCD背光源、照明、装饰灯领域。

在整个应用领域中,指示灯为最主要的应用领域,但其中作为一般指示用的LED多为普通亮度LED,只有在交通信号指示灯或道路指示灯等户外指示灯多采用高亮度LED。在过去的10年中,高亮度的LED被陆续应用在汽车、卡车及大型游览车的内外车灯等领域。根据 Eyesply Japan市场调查指出,在2004年大约有30%的新车款以LED作为车尾灯或CMHSL (Center High- Mount Stop Lamps),大部分新出厂的汽车及大型交通工具都已开始使用LED当作方向指示灯和刹车灯。LED灯具有响应时间短的特点,通常LED的响应时间为60ns,白炽灯的响应时间一般为140ns,因此使用LED灯可以降低交通事故的发生率。

景观照明是半导体照明的新兴力量。现阶段,真正用于照明的LED还很少,这主要是因为：现阶段LED的发光效率、显色性、光衰等基本参数还没有xx达到传统照明中的参数要求,但由于发光二级管具有的诸多优点及国家出台的“国家半导体照明工程”等相关政策的支持,相信随着时间的推移,技术的不断进步,LED 必将逐步代替白炽灯、荧光灯等传统照明光源而成为新型绿色照明光源，半导体照明市场发展潜力十分巨大。

随着LED在手机中的应用日趋普遍,特别是带有拍照功能的手机占市场整机产量中的比重日益增大,作为闪光灯用的白光LED需求快速增长。除此之外,安全照明灯、显微镜灯、手电筒、特种白光照明等小功率白光LED灯也已经进入市场。因此,今年白光LED市场将会发展迅速,成为市场中的又一重要力量。随着半导体照明技术的不断发展,LED越来越多的进入到各种照明领域中。表4是目前日常使用的主要光源的特性。

表4 主要光源的特性

4、其他经济技术比较

    此处选用的是台湾地区的资料。

（1）效率比较

　　目前一般室内照明，主要仍以白炽灯泡与省电灯泡为主，LED灯炮仍属少数。以目前市场上可得的LED灯泡为比较基础，比较相近亮度的白炽灯泡、省电灯泡与LED灯炮，LED灯炮的发光效率{zh0}，每瓦发光效率可达到70至80流明以上，其次是省电灯泡，一般產品每瓦可达到57流明，至於发光效率最差的白炽灯泡，发光效率仅为每瓦12流明。另外寿命方面，白炽灯泡的寿命约为1,200小时，省电灯泡可达到5,000至6,000小时，LED灯炮更可达到10,000小时，寿命为省电灯炮的两倍。单就省电议题来看，LED灯炮确实比白炽灯泡与省电灯泡更加节省能源。

表5 白炽灯泡、省电灯泡与LED灯泡的技术差异

（2）使用成本的差异

资料认为，若以使用电费来考量，1万小时为衡量基础，一般11W的省电灯泡耗费110度电(1千瓦×1小时=1度)，而5W的LED灯泡则耗用50度电，以台湾非营业用尖峰用电每度电约2.31元来计算，11W省电灯泡一万小时的电费为254元，5W的LED灯泡一万小时的电费为116元。LED灯泡的电费仅为省电灯泡的46%，换算下来，也做到帮助减少二氧化碳的排放量，以环保和经济概念来看是优势。

　　将灯泡的成本列入计算，现阶段市面上所销售的11W省电灯泡平均单价为新台币160元，而1万小时会消耗超过1颗省电灯泡(其使用寿命只有5千～6千小时)，平均每1万小时购买灯泡成本约286元，而相同条件下LED灯泡的售价约为880元，LED灯泡较省电灯泡贵上3.07倍。

　　电费加上灯炮成本，平均每1万小时省电灯泡的总使用成本约为540元，LED灯泡的总使用成本为996元，因此使用LED灯泡的总成本仍然为省电灯泡的1.84倍。

表6 LED灯泡与省电灯泡的使用成本差异(每1万小时)

 上述指标的比较可以看出，虽然LED在耗电与寿命方面优於省电灯泡与白炽灯泡，不过由於目前LED灯泡平均每单位时间价格仍较省电灯泡贵3倍以上，LED灯泡的总使用成本为省电灯泡的1.84倍，因此LED灯泡目前仍想要替代省电灯泡仍言之过早。不过随著LED发光效率的提升，或是发电成本随著油价高涨而有所提高的情况下，省电的LED灯泡的优势将会逐渐突显。

（3）包括LED照明在内的常用照明灯具的性能比较

    现行的照明评价主要是根据几个主要光学基本量：光通量、光亮度、光强度和光照度等，其中前三个基本量主要用于光源的评价，光照度则是对光源光辐射作用面的评价。

    这些光学基本量是根据人眼的生物物理特性得到的，也是一个国际照明委员会（ＣＩＥ）认可的光谱光视效率函数Ｖ（λ）与对应的辐射度量加权积分的结果，其间满足以下关系：

光度量（λ）= km´V（λ）´辐射度量（λ）

式中，km——683lm/Ｗ。

实际上，人们更关心的是照明光源器材的光效和使用寿命。表7列出了目前常用的照明光源器材的光效和使用寿命。

表7  光源的性能比较

(待续)