摘要：LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，21世紀(jì)將進(jìn)入以LED為代表的新型照明光源時(shí)代。在指出了LED燈的基本原理、主要特點(diǎn)及適用范圍的同時(shí)，對LED的發(fā)展前景及面臨的問題作出了有益的探索。

關(guān)鍵詞：LED；綠色城市；跨越式發(fā)展

中圖分類號：F426.92 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ文章編號：１６７３－２９１Ｘ（２０11）17－０018－02

隨著城市照明事業(yè)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)在城市照明中的地位和作用越來越重。以襄陽市為例。襄陽作為中西部地區(qū)的省域副中心城市，近年來，城市照明事業(yè)突飛猛進(jìn)，照明節(jié)能工作也如火如荼，太陽能草坪燈、景觀燈、風(fēng)光互補(bǔ)燈、LED燈、LVD燈相繼出現(xiàn)在城市的公園、景點(diǎn)和主次干道，在為城市帶來光明的同時(shí)，也節(jié)約了大量電能。尤為突出的是LED燈、LVD無極燈在襄陽市的成功應(yīng)用，開辟了襄陽市城市照明環(huán)保節(jié)能的新天地。下面，重點(diǎn)介紹一下LED路燈在城市照明中的應(yīng)用。

一、LED的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，節(jié)約能源是我們面臨的重要的問題。在照明領(lǐng)域，LED發(fā)光產(chǎn)品的應(yīng)用正吸引著世人的目光。LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來發(fā)展的趨勢，21世紀(jì)將進(jìn)入以LED為代表的新型照明光源時(shí)代。

中國LED產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過30多年的發(fā)展，已初步形成了包括LED外延片的生產(chǎn)、LED芯片的制備、LED芯片的封裝以及LED產(chǎn)品應(yīng)用在內(nèi)的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。在“國家半導(dǎo)體照明工程”的推動下，形成了上海、大連、南昌、廈門、深圳、揚(yáng)州和石家莊七個(gè)國家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地。長三角、珠三角、閩三角以及北方地區(qū)則成為中國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聚集地。目前，中國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展良好，外延芯片企業(yè)的發(fā)展尤其迅速、封裝企業(yè)規(guī)模繼續(xù)保持較快增長、照明應(yīng)用取得較大進(jìn)展。2007年中國LED應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)值已超過300億元，已成為LED全彩顯示屏、太陽能LED、景觀照明等應(yīng)用產(chǎn)品世界最大的生產(chǎn)和出口國，新興的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)正在形成。國內(nèi)在照明領(lǐng)域已經(jīng)形成一定特色，其中戶外照明發(fā)展最快，已有上百家LED路燈企業(yè)并建設(shè)了幾十條示范道路。

以襄陽市為例。襄陽有部分道路安裝了LED路燈，其中具有代表性的道路是施營社區(qū)，共安裝60ＷLED路燈31盞。該社區(qū)以前安裝的路燈為250Ｗ鈉燈，平均照度為18ＬＸ，經(jīng)LED改造后，平均照度可達(dá)到23—25ＬＸ，不僅提高了路面照度，而且降低了總功率輸出，大大減少了能源消耗，并符合環(huán)保的要求，屬綠色無污染的照明。根據(jù)在施營社區(qū)的試驗(yàn)效果，襄陽市擬將市區(qū)的近4萬盞鈉燈更換為相應(yīng)型號的大功率LED路燈。如果這樣，襄陽市可將原路燈總功率7 000KW降為4 000KW，年節(jié)約電費(fèi)可達(dá)750余萬，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3萬噸，減少二氧化碳排放1.2萬噸、二氧化硫排放400噸。如果將襄陽市城鎮(zhèn)居民室內(nèi)照明也都更換為LED燈，產(chǎn)生的社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益將更大。襄陽市按100萬戶計(jì)算，每戶3盞40W日光燈更換為3盞10WLED燈，每年可節(jié)約用電1.65億千瓦時(shí)，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤10萬噸，減少二氧化碳排放5萬噸、二氧化硫排放2 000噸。同時(shí)，為了更好地推廣應(yīng)用LED路燈，襄陽市路燈管理處正積極同深圳卓靈科技有限公司LED生產(chǎn)廠商進(jìn)行洽談，在市區(qū)深圳工業(yè)園建立了LED產(chǎn)業(yè)園，其總體目標(biāo)是以半導(dǎo)體照明LED技術(shù)為主要推廣對象。該項(xiàng)目占地300畝，投資5億元人民幣，產(chǎn)值為10億元人民幣，并可解決5 000人就業(yè)，不僅為襄陽市帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也大大的緩解了就業(yè)壓力。目前，該項(xiàng)目投資協(xié)議已和招商局、城投公司、深圳工業(yè)園簽定，廠家注資500萬元成立襄陽卓靈科技有限公司工作正在進(jìn)行中。

根據(jù)太陽能技術(shù)和風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)的成熟度及其應(yīng)用特點(diǎn)，在適當(dāng)?shù)膽?yīng)用場合將太陽能和風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)與半導(dǎo)體照明LED技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，從而促進(jìn)襄陽市經(jīng)濟(jì)跨越式的發(fā)展。

二、LED燈的基本原理、主要特點(diǎn)及適用范圍

（一）基本原理

LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，簡稱LED，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。 而這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P—N結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P—N結(jié)的材料決定的。

（二）主要特點(diǎn)

LED是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體。LED由于其工作壽命長、耗電低、響應(yīng)時(shí)間短、體積小、重量輕、耐抗擊、易于調(diào)光調(diào)色、可控性高、不存在諸如水銀、鉛等環(huán)境污染物，不會污染環(huán)境，因此，人們將LED光源譽(yù)為“綠色”光源。其特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

一是節(jié)約能源。在同等視覺條件下，LED燈相對于高壓鈉燈可節(jié)電60%～70%，相對于白熾燈可節(jié)電80%～90% 。

二是使用壽命長。壽命超過50 000小時(shí)，按照每天使用12小時(shí)計(jì)算，可以使用10年以上。

三是顯色指數(shù)高。高壓鈉燈顯色指數(shù)20～25，熒光燈管顯色指數(shù)60～80，LED顯色指數(shù)可達(dá)到75～80 。

四是燈光色溫可選。一般戶外白光LED的色溫可以在5 000～6 500K之間選擇。

五是光源有效利用率高。高壓納燈真正到達(dá)出口處的光僅剩余20%左右；LED光源利用率可以達(dá)到90%左右，比高壓鈉燈高得多。

（三）適用范圍

LED是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。由于具有容易控制、低壓直流驅(qū)動、組合后色彩表現(xiàn)豐富、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城市各種工程、大屏幕顯示系統(tǒng)。LED可以作為顯示屏，在計(jì)算機(jī)控制下，顯示色彩變化萬千的視頻和圖片。據(jù)專家測試，用大功率LED路燈取代一個(gè)中等城市30萬盞普通路燈，每年可節(jié)約用電2.85億千瓦時(shí)，節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤20萬噸，減少二氧化碳排放10萬噸、二氧化硫排放3 000噸，中國照明行業(yè)也將由于LED技術(shù)的發(fā)展，發(fā)生一場前所未有的巨變，并將引來一個(gè)嶄新的、偉大的節(jié)能產(chǎn)業(yè)的誕生。它宛如多年前的世界網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)、通訊的革命，又宛如中國家電、汽車、工業(yè)整合時(shí)代的來臨。在節(jié)能減排方面，由于LED照明器件功耗低、亮度高、壽命長、可靠性高，并且廢棄的LED燈具基本上無須做任何處理，不會對環(huán)境產(chǎn)生任何影響，所以對節(jié)能環(huán)保有積極的推動作用。隨著LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和LED產(chǎn)品應(yīng)用的深入，可直接降低LED燈具的購買成本和使用成本，從而可提升當(dāng)?shù)鼐用竦纳钏郊吧钯|(zhì)量。

三、LED的發(fā)展前景及面臨的問題

未來幾年中，隨著全球節(jié)能減排的盛行，環(huán)保和節(jié)能將成為市場熱點(diǎn)，LED行業(yè)也將開始升溫。而我國LED產(chǎn)業(yè)經(jīng)過30多年的發(fā)展，雖然先后實(shí)現(xiàn)了自主生產(chǎn)器件、芯片和外延片，但自產(chǎn)的LED芯片，外延片產(chǎn)量仍有限，其產(chǎn)品以中、低檔為主，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模偏小，只能滿足國內(nèi)封裝企業(yè)需求量的20%～30%，大部分高性能LED和大功率LED產(chǎn)品均要依賴進(jìn)口。隨著政府的大力推廣和全球產(chǎn)業(yè)梯次轉(zhuǎn)移，未來我國LED將成為市場上最具誘惑力的蛋糕，預(yù)估到2010年，整個(gè)中國大陸LED產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將超過1 500億元。LED產(chǎn)業(yè)鏈中，LED外延片跟LED晶片大概占行業(yè)70%的利潤，LED應(yīng)用大概占10%～20%。2015年產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到5 000億元以上。我國進(jìn)入LED產(chǎn)業(yè)的企業(yè)與日俱增，產(chǎn)業(yè)市場競爭將更加激烈。

LED的整燈結(jié)構(gòu)還處于一個(gè)醞釀期，想快速普及是不可能的。不僅是價(jià)位問題，散熱如何處理、外形能否達(dá)到散熱效果、達(dá)到散熱的目的后外能能否被大眾所接受等都是要進(jìn)一步解決好的問題?？偨Y(jié)一下主要有如下幾點(diǎn)。

第一，要解決光效關(guān)。LED的光效雖已到了45—60流明/瓦，但與照明要求還有些距離，光效不解決，LED在照明行業(yè)的市場份額就會受到限制。

第二，要降低成本。市面上，大家都在喊LED成本偏高，大功率的LED售價(jià)幾乎是同等功率節(jié)能燈的10倍，如果成本能降下來，售價(jià)降低，LED的市場競爭力就會增強(qiáng)。

第三，技術(shù)關(guān)。我們許多的企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)出1W、3W、5W的LED產(chǎn)品，但這些遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了需求，必須把功率加大10W、20W，甚至更高，擴(kuò)大LED的應(yīng)用范圍；同時(shí)，LED的色溫、顯色指數(shù)和壽命都有待改進(jìn)。即使克服了以上這些難點(diǎn)，LED還會在相當(dāng)長的一個(gè)長的時(shí)間里與節(jié)能燈等其他燈飾共存，這是必然會經(jīng)歷的一個(gè)過程。

要提高LED應(yīng)用產(chǎn)品的競爭力需要依靠三大關(guān)鍵技術(shù)，一是光學(xué)設(shè)計(jì)：要提高LED的實(shí)際光利用率；二是散熱設(shè)計(jì)：提高LED的光效，減少LED的光衰及延長壽命；三是驅(qū)動器設(shè)計(jì)：提高LED燈具的整體光效。解決好這些問題才能讓LED燈具的整體光效高、壽命長。