在電能消耗中，照明用電占發(fā)電總量的比例：發(fā)達國家是19%，我國是10%。隨著(zhù)經(jīng)濟發(fā)展，我國的照明用電將有大比例的提高，綠色節能照明的研究應用越來(lái)越受到重視。開(kāi)發(fā)和推廣應用節能燈具，成為迫在眉睫的任務(wù)。LED照明就是在這樣的形勢下發(fā)展起來(lái)的。

　　LED(light emitting diode)即發(fā)光二極管，它是一種在P-N結上施加正向電流時(shí)能發(fā)出紫外光、可見(jiàn)光、紅外光的半導體固體發(fā)光器件。LED的發(fā)光機理是：半導體材料中的電子和空穴在P-N結處結合，發(fā)出與電子和正電荷空穴之間的能量差相對應的光子而發(fā)光。不同的半導體材料可制成各種波長(cháng)發(fā)光的LED。

　　近年來(lái)，隨著(zhù)半導體外延技術(shù)和制造工藝技術(shù)的快速發(fā)展，LED照明在國外(尤其是在美日等發(fā)達國家)發(fā)展很快，而我國的LED照明發(fā)展嚴重滯后。本文從照明用燈的發(fā)展，節能燈的應用現狀，LED的研究與應用現狀，國內外的研究應用發(fā)展、應用前景等方面做簡(jiǎn)要地分析介紹。

　　2 LED照明光源的發(fā)展

　　上世紀70年代，首先發(fā)現了橙黃綠LED，但是光效很差，且需要環(huán)氧塑料做濾光器。1996年，首先在藍光上取得突破?，F在，高亮LED發(fā)明以后，LED的市場(chǎng)份額明顯增加。交通燈市場(chǎng)的發(fā)展驗證了這個(gè)趨勢：如果用高亮LED代替使用濾色片的標準白熾燈，將節能90%?；萜展景l(fā)明了一種平頭倒錐形的LED，發(fā)射黃光的光效達到100lm/W?，F在，以氮化物為管芯材料的LED的研究重點(diǎn)是如何提高亮度，預計在5a內將其發(fā)光效率從15lm/W提升到50lm/W。以InGaN為基芯的超亮藍色LED的主要目標，是通過(guò)調整氮化物，將發(fā)光效率提升到100lm/W，從而可以用到白色超亮LED中。

　　自1996年白色)LED開(kāi)發(fā)成功以來(lái)，其發(fā)光效率不斷地提高。LED開(kāi)發(fā)初期光效率只有5lm/W，到1999年，達到相當于白熾燈的光效(15lm/W)。初期采用的GaN芯片發(fā)藍光，通過(guò)激發(fā)熒光粉發(fā)出黃色光，芯片的藍光和熒光粉的黃光混合在一起，形成白光。用三基色(R、G、B)LED芯片集成制成三色混合模塊，這是另外一種混合白光LED燈，亮度相當—只40W白熾燈。后來(lái)白光LED的光效相當于鹵鎢燈的光效25lm/W，但是，它還只能作為局部照明的光源。最近，美國Agilient實(shí)驗室己研制開(kāi)發(fā)成功光效為100lm/W的有色LED和光效達40-50lm/W的白色LED。預計2005年白光LED發(fā)光效率將達100lm/W上，相當于熒光燈的光效。

　　3 白光LED的特性

　　白光LED的特點(diǎn)：1)低電壓驅動(dòng)，最低可用2V電壓驅動(dòng);2)體積小，一般直徑3-5mm，用于被光照明的體積更小;3)重量輕，顯色性好，顯色指數超過(guò)90，超過(guò)熒光燈，接近白熾燈的顯色性能，接近自然光;4)調光性能好、壽命超過(guò),10萬(wàn)h、耐振動(dòng)、不易損壞、色溫變化時(shí)不會(huì )產(chǎn)生視覺(jué)誤差，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)汞和鉛的污染，將成為替代白熾燈和熒光燈的高效節能光源。

　　和其他的節能燈相比，LED燈還有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：不用鎮流器。眾所周知，熒光燈的啟動(dòng)需要鎮流器，舊式鎮流器為電感式鎮流器，啟動(dòng)電壓高，噪音大，溫升高，個(gè)大笨重，能耗較多。雖然現在推廣使用了電子鎮流器，節電效果明顯，但是它終歸是有能耗的，而且其成本也很高。LED燈的啟動(dòng)電壓和工作電壓一致，完全不需要鎮流器，這樣就省去了鎮流器成本和相關(guān)的能耗。LED燈的通斷電響應時(shí)間很短，在幾十ns的級別上，比熒光燈快得多。

　　現在，已經(jīng)開(kāi)發(fā)并形成了高壓交流電源、低壓直流電源等多種LED 燈系列產(chǎn)品。熒光燈大多工作在高壓交流電源中，雖然也可以用較低的直流電壓，但不能像LED那樣在5V的電源下就可以工作。

　　制造LED使用的材料少，原料中不需要汞鉛等重金屬有害物質(zhì)，不會(huì )對環(huán)境造成污染。

　　LED的工作電流對光效的影響不大，即使在很低的工作電流下，仍可以保持很高光效。發(fā)光效率和順?lè )较螂娏鞯囊来嫘允秦摫壤P(guān)系的。

　　4 LED光源設計

　　由于單只LED的功率小，光亮度低，因此，單只LED的使用沒(méi)有大空間照明的實(shí)際意義。為此，必須將多個(gè)LED組裝在一起設計成為實(shí)用的LED照明系統，這才能具有廣闊的應用前景。目前，世界大的照明公司(如飛利浦、NHK、松下、歐司朗等)都在將多個(gè)LED集中在一起，開(kāi)發(fā)具有不同應用范圍和品種規格的LED照明系統。

　　LED光學(xué)系統設計內容如下：1)根據照明對象、光通量的需求，決定光學(xué)系統的形狀、LED的數目和功率的大小;2)將若干個(gè)LED發(fā)光管組合設計成點(diǎn)光源、環(huán)形光源或面光源的“二次光源”，根據組合成的“二次光源”，計算照明光學(xué)系統;3)設計“二次光源”上的每只LED 管的配光分布和控制。有人研究設計了一種新型的多芯片LED封裝模式，它在單個(gè)塑料封裝里包含了數十個(gè)LED，亮度大幅度提高，能用于常規的照明。

　　盡管白光LED可以通過(guò)紅綠藍光LED的混合光來(lái)實(shí)現，但是更有前途的是藍光LED和熒光轉換器的結合，它能在更長(cháng)的波長(cháng)上發(fā)射寬光譜現在，將InGaN超亮LED和熒光轉換材料結合制造白光LED，有了很大的進(jìn)展，光效已經(jīng)超過(guò)10lm/W,其關(guān)鍵是采用了紫外發(fā)射器作為促激光源，使用吸光材料把紫外光全部吸收，然后再發(fā)射出全可見(jiàn)光。

　　進(jìn)行照明設計時(shí)，當光源滿(mǎn)足顯色性要求的前提下，選用瞳孔亮度大的光源會(huì )有利于改善光環(huán)境質(zhì)量和有利于照明節能。對LED來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)增加藍色波長(cháng)的照射功率達到節能效果。

　　5 LED光源與太陽(yáng)能應用相結合

　　LED作為一種節能無(wú)污染的電光源，可以和綠色能源結合起來(lái)，從而形成真正的綠色節能用電系統，其中與太陽(yáng)能應用相結合就是一個(gè)典型的例子。

　　岸村工業(yè)公司制造出一種太陽(yáng)能白光LED路燈。該燈采用55W的晶體類(lèi)太陽(yáng)能電池，配90個(gè)高亮度的LED，在3.2m高照明燈的正下方路面的照度有3lx，距燈10m的位置能保持1lx的照度。LED太陽(yáng)能路燈還有優(yōu)良的氣候耐性、溫度耐性和超長(cháng)的工作壽命。該路燈配用合適的蓄電池，在連續1周不見(jiàn)陽(yáng)光的情況下，仍能保持電力供應。

　　我國深圳朝陽(yáng)太陽(yáng)能公司開(kāi)發(fā)出了太陽(yáng)能夜間交通警示燈。閃爍頻率為60-70次/min，陰天情況下，可以連續工作15d，采用功率0.3W的太陽(yáng)能電池和4個(gè)黃/紅超亮度發(fā)電二極管，其能見(jiàn)度超過(guò)1km。太陽(yáng)能LED燈可以廣闊應用于廣場(chǎng)，道路照明、建筑外觀(guān)照明等。白色LED照明系統除了可用電能、太陽(yáng)能做能源外，還可以用風(fēng)能、燃料電池等作為輔助能源。

　　6 LED光源的發(fā)展展望

　　目前，對用于照明的LED的研究主要集中在無(wú)機白光LED領(lǐng)域，我們不可忽視有機LED的研究。有機LED也能發(fā)射白光，只是白光有機LED對發(fā)光電壓的依賴(lài)很強，效率很低，不過(guò)，其改進(jìn)潛力很大?，F在，有機LED的光效已經(jīng)超過(guò)60lm/W，壽命超過(guò)50h,驅動(dòng)電壓低于5V，它不像液晶顯示那樣，不需要背光照明，可以做到很薄，能耗也就降低了?？梢韵嘈?，有機LED用作照明光源也只是遲早的事情。美國專(zhuān)家預測，到2008年，有機LED的全球市場(chǎng)將達到23億美元。

　　利用LED的特性，結合相關(guān)新技術(shù)，能夠開(kāi)發(fā)適用于不同場(chǎng)合和用途的照明系統。LED的發(fā)光效率將在近年內超過(guò)熒光燈，成為高效節能光源，而且可以利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、燃料電池作為照明系統的能源，大大節省了電能，減少了因發(fā)電引起的廢氣對大氣的污染。@AB 生產(chǎn)中不用汞、鉛等有害物，免除了這些廢棄物對環(huán)境的污染。因此，白色LED是有利于環(huán)境保護的綠色照明產(chǎn)品。

　　作為第4代綠色節能光源，白色LED將替代白熾燈和熒光燈，世界各國對此都很重視。日本正在實(shí)施使白色LED光效達80-100lm/W的開(kāi)發(fā)計劃。2000年4月，美國召開(kāi)了“LED發(fā)展戰略研討會(huì )”推動(dòng)LED技術(shù)的發(fā)展。面對國際上照明用白色LED迅速開(kāi)發(fā)和競爭的形勢，我國也加強了對照明用白色LED的開(kāi)發(fā)和應用的重視，2003年6月科技部提出“發(fā)展半導體照明計劃”，提供用于LED開(kāi)發(fā)的引導經(jīng)費，盡力地改變照明光源技術(shù)落后的狀況。