LED光源在照明領(lǐng)域的應(yīng)用，是半導(dǎo)體發(fā)光材料技術(shù)高速發(fā)展及“綠色照明”概念逐步深入人心的產(chǎn)物,。“綠色照明”是國(guó)外照明領(lǐng)域在上世紀(jì)80年代未提出的新概念,，我國(guó)“綠色照明工程”的實(shí)施始于1996年。實(shí)現(xiàn)這一計(jì)劃的重要步驟就是要發(fā)展和推廣高效,、節(jié)能照明器具,，節(jié)約照明用電，減少環(huán)境及光污染,，建立一個(gè)優(yōu)質(zhì)高效,、經(jīng)濟(jì)舒適、安全可靠,、有益環(huán)境的照明系統(tǒng),。
 
　　一、LED照明概念LED（LightEmittingDiode）,，又稱發(fā)光二極管,，它們利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓,，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合，放出過(guò)剩的能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見(jiàn)光,。
 
　?。ㄒ唬㎜ED的發(fā)展歷史應(yīng)用半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光源原理制成LED問(wèn)世于20世紀(jì)60年代初，1964年首先出現(xiàn)紅色發(fā)光二極管，之后出現(xiàn)黃色LED,。直到1994年,，藍(lán)色、綠色LED才研制成功,。1996年由日本Nichia公司（日亞）成功開(kāi)發(fā)出白色LED,。LED以其固有的特點(diǎn)，如省電,、壽命長(zhǎng),、耐震動(dòng)、響應(yīng)速度快,、冷光源等特點(diǎn),，廣泛應(yīng)用于指示燈,、信號(hào)燈,、顯示屏、景觀照明等領(lǐng)域,，在我們的日常生活中處處可見(jiàn),，家用電器、電話機(jī),、儀表板照明,、汽車防霧燈、交通信號(hào)燈等,。但由于其亮度差,、價(jià)格昂貴等條件的限制，無(wú)法作為通用光源推廣應(yīng)用,。近年來(lái),，隨著人們對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進(jìn)步和新材料（氮化物晶體和熒光粉）的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進(jìn)展,，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光波段的所有顏色,，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現(xiàn),，使LED應(yīng)用領(lǐng)域跨越至高效率照明光源市場(chǎng)成為可能。曾經(jīng)有人指出,，高亮度LED將是人類繼愛(ài)迪生發(fā)明白熾燈泡后,，最偉大的發(fā)明之一。
 
　?。ǘ㎜ED發(fā)光原理發(fā)光二極管主要由PN結(jié)芯片,、電極和光學(xué)系統(tǒng)組成,。其發(fā)光體—晶片的面積為10.12mil(1mil=0.0254平方毫米)，目前國(guó)際上出現(xiàn)大晶片LED,，晶片面積達(dá)40mil,。其發(fā)光過(guò)程包括三部分：正向偏壓下的載流子注入、復(fù)合輻射和光能傳輸,。微小的半導(dǎo)體晶片被封裝在潔凈的環(huán)氧樹(shù)脂物中,，當(dāng)電子經(jīng)過(guò)該晶片時(shí)，帶負(fù)電的電子移動(dòng)到帶正電的空穴區(qū)域并與之復(fù)合,，電子和空穴消失的同時(shí)產(chǎn)生光子,。電子和空穴之間的能量（帶隙）越大，產(chǎn)生的光子的能量就越高,。光子的能量反過(guò)來(lái)與光的顏色對(duì)應(yīng),，可見(jiàn)光的頻譜范圍內(nèi)，藍(lán)色光,、紫色光攜帶的能量最多,，桔色光、紅色光攜帶的能量最少,。由于不同的材料具有不同的帶隙,，從而能夠發(fā)出不同顏色的光。LED照明光源的主流將是高亮度的白光LED,。目前,，已商品化的白光LED多是二波長(zhǎng)，即以藍(lán)光單晶片加上YAG黃色熒光粉混合產(chǎn)生白光,。未來(lái)較被看好的是三波長(zhǎng)白光LED,，即以無(wú)機(jī)紫外光晶片加紅、藍(lán),、綠三顏色熒光粉混合產(chǎn)生白光,，它將取代熒光燈、緊湊型節(jié)能熒光燈泡及LED背光源等市場(chǎng),。
 
　?。ㄈ㎜ED光源的基本特征
 
　　1、發(fā)光效率高LED經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)改良,，其發(fā)光效率有了較大的提升,。白熾燈、鹵鎢燈光效為12－24流明/瓦,，熒光燈50～70流明/瓦,，鈉燈90～140流明/瓦，大部分的耗電變成熱量損耗,。LED光效經(jīng)改良后將達(dá)到達(dá)50～200流明/瓦,，而且其光的單色性好,、光譜窄，無(wú)需過(guò)濾可直接發(fā)出有色可見(jiàn)光,。目前，世界各國(guó)均加緊提高LED光效方面的研究,，在不遠(yuǎn)的將來(lái)其發(fā)光效率將有更大的提高,。
 
　　2、耗電量少LED單管功率0.03～0.06瓦,，采用直流驅(qū)動(dòng),，單管驅(qū)動(dòng)電壓1.5～3.5伏，電流15~18毫安,，反應(yīng)速度快,，可在高頻操作。同樣照明效果的情況下,，耗電量是白熾燈泡的萬(wàn)分之一,，熒光燈管的二分之一、日本估計(jì),，如采用光效比熒光燈還要高兩倍的LED替代日本一半的白熾燈和熒光燈,。每年可節(jié)約相當(dāng)于60億升原油。就橋梁護(hù)欄燈例,，同樣效果的一支日光燈40多瓦,，而采用LED每支的功率只有8瓦，而且可以七彩變化,。
 
　　3,、使用壽命長(zhǎng)采用電子光場(chǎng)輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒,、熱沉積,、光衰減等缺點(diǎn)。而采用LED燈體積小,、重量輕,，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動(dòng),，不易破碎,。平均壽命達(dá)10萬(wàn)小時(shí)。LED燈具使用壽命可達(dá)5～10年,，可以大大降低燈具的維護(hù)費(fèi)用,，避免經(jīng)常換燈之苦。
 
　　4,、安全可靠性強(qiáng)發(fā)熱量低,，無(wú)熱輻射性,，冷光源，可以安全抵摸：能精確控制光型及發(fā)光角度,，光色柔和,，無(wú)眩光；不含汞,、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì),。內(nèi)置微處理系統(tǒng)可以控制發(fā)光強(qiáng)度，調(diào)整發(fā)光方式,，實(shí)現(xiàn)光與藝術(shù)結(jié)合,。
 
　　5、有利于環(huán)保LED為全固體發(fā)光體,，耐震,、耐沖擊不易破碎，廢棄物可回收,，沒(méi)有污染,。光源體積小，可以隨意組合,，易開(kāi)發(fā)成輕便薄短小型照明產(chǎn)品,，也便于安裝和維護(hù)。當(dāng)然,，節(jié)能是我們考慮使用LED光源的最主要原因,，也許LED光源要比傳統(tǒng)光源昂貴，但是用一年時(shí)間的節(jié)能收回光源的投資,，從而獲得4～9年中每年幾倍的節(jié)能凈收益期,。二、LED照明光源技術(shù)的應(yīng)用前景及趨勢(shì)長(zhǎng)期以來(lái),，由于LED光效低的原因,，其應(yīng)用主要集中在各種顯示領(lǐng)域。隨著超高亮度LED（特別是白光LED）的出現(xiàn),，在照明領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能,。據(jù)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，二十一世紀(jì)將進(jìn)入以LED為代表的新型照明光源時(shí)代,，被稱為第四代新光源,。
 
　　（一）前景及發(fā)展趨勢(shì)目前,，照明消耗約占整個(gè)電力消耗的20％,，大大降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),，業(yè)界已研究開(kāi)發(fā)出許多種節(jié)能照明器具,，并達(dá)到了一定的成效,。但是，距離“綠色照明”的要求還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用更高效,、可靠、安全,、耐用的新型光源勢(shì)在必行,。LED以其固有的優(yōu)越性正吸引著世界的目光。美國(guó),、日本等國(guó)家和臺(tái)灣地區(qū)對(duì)LED照明效益進(jìn)行了預(yù)測(cè)，美國(guó)55％的白熾燈及55％的日光燈被LED取代,，每年節(jié)省350億美元電費(fèi),，每年減少7.55億噸二氧化碳排放量。日本100％的白熾燈換成LED,，可減少1～2座核電廠發(fā)電量,，每年節(jié)省10億公升以上的原油消耗。臺(tái)灣地區(qū)25％的白熾燈及100％的日光燈被白光LED取代,，每年節(jié)省110億度電,。日本早在1998年就編制“21世紀(jì)計(jì)劃”，針對(duì)新世紀(jì)照明用LED光源進(jìn)行實(shí)用性研究,。近年來(lái),，日本日亞化工、豐田合成,、SONY,、佳友電工等都已有LED照明產(chǎn)品問(wèn)世。世界著名的照明公司如飛利浦,、歐司朗,、GE等也投入大量的人力物力進(jìn)行LED照明產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。美國(guó)GE公司和EMCORE公司合作成立新公司,，專門開(kāi)發(fā)白光LED,，以取代白熾燈、緊湊型熒光燈,、鹵鎢燈和汽車燈,。德國(guó)歐司朗公司與西門子公司合作開(kāi)發(fā)LED照明系統(tǒng)。臺(tái)灣目前的LED產(chǎn)量?jī)H次于日本列在美國(guó)之前,，從1998年開(kāi)始投入6億臺(tái)幣進(jìn)行相關(guān)開(kāi)發(fā)工作,。LED發(fā)展歷史已經(jīng)幾十年，但在照明領(lǐng)域的應(yīng)用還是新技術(shù),。隨著LED技術(shù)的迅猛發(fā)展,，其發(fā)光效率的逐步提高,，LED的應(yīng)用市場(chǎng)將更加廣泛，特別在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下,，LED在照明市場(chǎng)的前景更備受全球矚目,，被業(yè)界認(rèn)為在未來(lái)10年成為最被看好的市場(chǎng)以及最大的市場(chǎng)，也將是取代白熾燈,、鎢絲燈和熒光燈的最大潛力商品,。
 
　　（二）照明應(yīng)用中存在的主要技術(shù)問(wèn)題近年來(lái),，LED的發(fā)光效率正在逐步提高,，商品化的器件已達(dá)到白熾燈的水平，景觀燈采用的白色LED發(fā)光效率接近熒光燈的水平,，并在穩(wěn)步增長(zhǎng)中,。但是，在照明普及應(yīng)用方面仍存在一些技術(shù)性問(wèn)題：一是光通量有待進(jìn)一步提高,。采用LED作為照明光源,，必須可以發(fā)出更多的光，必須具有更高的能量效率,。二是LED發(fā)出的光與自然光仍有一定的差距,。白熾燈具有非常強(qiáng)的黃色光的成分，給人一種溫暖的感覺(jué),。而白光LED發(fā)出的白光帶有藍(lán)色光的成分,，在這種光的照明下，人們的視覺(jué)不很自然,。三是價(jià)格較高,。這是影響LED照明普及的主要原因。但是,，近年來(lái)出于晶片技術(shù)的改良,，制造成本正在急劇下降，近三年來(lái)LED的價(jià)格下降了近50％,，其正朝著高效率,、低成本的方向發(fā)展，這為L(zhǎng)ED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有利條件,。此外,，較好的性價(jià)比也可以彌補(bǔ)成本價(jià)格方面的不足。
 
　　三,、LED照明技術(shù)在燈光環(huán)境中的應(yīng)用由于LED光源具有發(fā)光效率高,、耗電量少、使用壽命長(zhǎng)、安全可靠性強(qiáng),，有利于環(huán)保等特性,，近幾年來(lái)在城市燈光環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用。目前已應(yīng)用于數(shù)碼幻彩,、護(hù)欄照明,、廣場(chǎng)照明、庭院照明,、投光照明,、水下照明系列。許多城市利用LED光源照明技術(shù)應(yīng)用于城市燈光環(huán)境建設(shè)中,，產(chǎn)生了良好的效果,，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。如廣州電力大廈,、廣州鶴洞大橋,、廣州工商行大廈、珠海迎賓南路燈光工程,、東莞中心城區(qū)燈光工程、鄭州河南醫(yī)科大立交橋,、上海延安路燈光工程,、湖南常德市丹陽(yáng)天橋、南通市通訊塔燈光工程等,。
 
　　隨著全國(guó)城市化的進(jìn)一步發(fā)展,，燈光環(huán)境（包括路燈、景觀燈,、藝術(shù)燈等）建設(shè)領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大,，LED光源的應(yīng)用也將不斷發(fā)展。LED作為第四代新光源,，在城市景觀燈建設(shè)領(lǐng)域中已得到了有效的應(yīng)用,，但要在路燈建設(shè)和維護(hù)中取代大功率的高壓鈉燈、高壓汞燈,、金鹵燈等光源,，還需進(jìn)一步的研究和探討，認(rèn)真解決LED光源在照明應(yīng)用中存在的技術(shù)問(wèn)題,，還需LED光源生產(chǎn)廠家結(jié)合路燈行業(yè)的實(shí)際情況,，生產(chǎn)符合路燈建設(shè)和維修所需的新產(chǎn)品，使第四代新光源在城市照明建設(shè)中發(fā)揮更大的作用,。