LED照明商业的可行性报告.pdf

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1、 LEDLEDLEDLED 灯灯灯灯照明商业的可行性报告照明商业的可行性报告照明商业的可行性报告照明商业的可行性报告 2010201020102010 年年年年 11111111 月月月月 4 4 4 4 日日日日 目目目目 录录录录 1 1 1 1 概述概述概述概述 在世界信息化和高新技术发展的今天，低碳经济、智能化、人性化日益成为 企业发展的推动力。 随着发光二极管（LED）技术的快速发展，LED 在照明领域的应用日益受到 半导体界和照明界的关注。美国、欧盟、日本等发达国家先后制订相关研究与发 展计划，以期在该领域有所突破。我国也于 2003 年 6 月启动了“半导体照明工 程”。LED

2、照明认为是 21 世纪照明领域的一场革命。 本文拟在通过研究和分析国内外 LED 照明技术和应用现状的基础上， 从宏观 角度对 LED 在照明领域中的应用前景进行分析，使 LED 照明能健康地发展，进一 步推动我国绿色照明工程步入一个新的阶段。 1、国际 LED 照明技术发展现状 11 LED 技术发展历史回顾 在市场需求与技术进步的推动下，LED 经历了一段辉煌的历史。第一批 产品出现于 1968 年，monsanto 公司将其作为指示灯泡，Hewlett-Packasd 公司 则首次用于电子显设备。早期产品是 GaAsPLED，工作电流 20mA，光通量只有千 分之几流明， 相应的发光效率

3、为 0.11/W， 而且只有一种光色650nm 的红色光。 20 世纪 70 年代上半期，技术进步很快，发光效率达到 1Lm/W，颜色也扩大到红 色至绿-黄颜色。到了 80 年代 GaAlAsLED 的红光效率提高到 10lm/W。 20 世纪 90 年代初， 两种新型材料迅速发展起来， 发红光、 黄光的 GaAlIP 和发绿光、蓝光的 GaInN。由于采用这两种材料，LED 的发光效率在 2000 年达到 100lm/W（615nm 的橙红色光）和 50lm/W（530nm 的绿色光）。80 年代中期大功 率 LED 首次用于汽车后部的高位刹车灯，90 年代大功率 LED 的工作电流达到 5

4、0-70mA。 1995 年，日本日亚化学工业公司成功开发出蓝光 LED 后，世界上结束了 没有原色蓝光的历史，在全球掀起了 GaN 研究开发应用热潮。蓝光 LED 开发的成 功，一方面解决了三基色缺色问题，别一方面使半导体白光照明成为可能。 20 世纪 90 年代中期，世界三大照明公司（GE、PHILIPS、OSRAM）着手 研究将 LED 用于照明（如表 1 所示），LED 照明受到照明界越来越多的关注。 世界三大照明公司投资组建的 LED 照明公司 表 1 发起公司 投资组建的 LED 照明公司 PHILIPS、HP Lumileds GE、Emcose GELcose OSRAM Si

5、emens Simiconductor OSRAM opto Simiconductor 上世纪 90 年末至本世纪初的几年时间， LED 照明在全球掀起了一股热潮， 美国、日本、欧盟、南韩均提出相应的研究开发计划。 12 LED 照明技术的新进展 目前，全世界有近 200 家公司、300 所大学和科研机构从事氮化镓基蓝 绿 LED 的材料生长、器件工艺和相关设备制造的研究和开发工作。其中处于世界 领先水平的主要有：日本的 Nichia；美国的 Lumileds、Gree；德国的 OSRAM 等。 这些公司拥有原创性的专利，领导 LED 技术发展潮流并占有主流市场。 Nichia 由于在 In

6、GaN 的 LED 技术和生产白光 LED 的荧光粉材料上拥有 多项专利，在 InGaN 白色 LED 芯片上一直占有领先地位。 Lumileds 是荷兰 PHILIPS 公司与美国 HP Angilent 公司的合资公司，在 功率型白光 LED 开发方面处于领先地位，白光封装技术可达 30lm/W。开发出最 大发光功率 5W、120lm 的白光 LED。 OSRAM 和 Gree 开发出碳化硅衬底的 GaN 器件。 国外 LED 的技术发展趋势是向大功率、高亮度、高效率、低成本方向发 展。 13 发达国家相关计划 美国能源部制订了“国家半导体照明研究计划” （“Narional Reasea

7、rch Program on Semiconductor Lighting”）。该项目将降低 LED 灯的成本和提高 LED 的效率作为重点，在该计划中扮演主要角色的均为一些著名的科研机构和大 公司，如 Lumileds、Gree、OSRAM、Agilent、Gelcore 等等。 欧盟委员会制订了“氮化镓铝铟多彩光源彩虹项目”计划（RAINBOW Project-ALInGaN for Multicolor Sourceas），俗称彩虹计划。该计划的实施 单位包括了多所大学、PHILIPS、Thomson 等大公司，以及像 Aixtro 这样的生产 半导体制造设备的公司。 日本国际贸易与工业

8、部制订了“高效光电转换复合半导体发展计划” （Development of Compound Semiconductor for High-Efficiency Electro-Optic Converssion）。日本的研究计划涉及半导体材料和发光机理、 半导体衬底材料、器件结晶生长工艺、荧光材料和照明装置以及 LED 照明的国家 标准，项目承担单位包括大学、科研机构和大公司。 除上述国家外，韩国和我国台湾省也制订了相关计划。 14 国外 LED 照明的应用状况 国外 LED 应用产品近年来发展迅速，主要应用领域包括手机背光源、显 示屏幕、汽车照明、建筑装饰照明、信号照明等。 141 背光源

9、 LED 作为手机显示的背光源是 LED 应用最为广泛的领域，约占 LED 应用 的 40%，主要原因是 LED 体积小、重量轻、厚度薄、坚固耐用，随着全球手机产 量的增长，LED 背光源也随之增长。 LED 背光源有几种形式：静态 LED 背光源、反馈型 LED 背光源、光导板 组合式 LED 背光源，以及高亮度直接型 LED 背光源。最新研究 LED 背光源正在向 液晶电视进军。日本索尼公司推出了世界上第一台 LED 背光源的液晶显示电视 机。而以往的平板电视均使用冷阴极荧光灯（CCFL）作为背光源。LED 作为液晶 显示背光源的前景是非常看好的。 142 显示屏幕 LED 用于显示屏幕的

10、应用约占到 LED 应用的 20%-25%， 显示屏幕可分为单 色和彩色。单色显示屏幕一般用室内外信息显示，主要用于公共场所，如机场、 车站、通路、银行等等，以显示文字和数字信息为主。这类显示在欧美一些城市 应用比较普遍。彩色屏幕以显示广告居多，在美国拉斯维加斯的主要道路上，这 类彩色 LED 显示屏幕很多。另一个例子是美国 NASDAQ 显示屏有 8 层楼高，用了 1800 万个高亮度 LED。全彩色 LED 大屏幕显示用于体育场馆和广场等室外场所， 可以显示比赛现场的动态画面，如 2002 年世界杯期间，韩国数万人在体育馆外 观看大屏幕实况转播，2004 年雅典奥运会的主体育场的大屏幕，在

11、开幕式和比 赛过程中均可将实际画面显示于屏幕之上， 这类大屏幕已成为大型体育馆的必要 设施。 143 汽车照明 大功率 LED 已被大量用于汽车照明中，汽车照明约占 LED 市场的 18%左 右。 LED 用于汽车最早在 20 世纪 80 年代中期， 当时主要用于汽车的高位刹车灯。 首先是在欧洲，然后在美国和日本，市场份额迅速增长。全 LED 后灯总成（包括 尾灯、刹车灯、转向灯）已装在 2000 型卡迪拉克和 S 级奔驰车上。预计 2010 年 LED 将占据绝大部分汽车的尾灯照明（包括倒车灯、牌照灯）。在车厢里 LED 可以用作顶灯、阅读灯、仪表盘灯和门灯。LED 前照明灯是目前研究的重点

12、，奥 迪等公司已推出概概念车 LED 前照明灯的样品。 在汽车生产大国美国、德国和日本，均十分重视 LED 在汽车灯中的应用。 德国 OSRAM 公司在国际汽车灯生产中处于领先地位， 德国生产的高档轿车均采用 该公司的汽车灯。 OSRAM 公司在 LED 照明方面也处于国际领先地位， OSRAM 的 LED 汽车灯研究起步早、投入大，在 LED 汽车灯方面我们应该密切关注 OSRAM 公司的 动向。 144 建筑装饰照明 由于 LED 尺寸小，便于动态的亮度和颜色控制，因此比较适合用于建筑 装饰照明。建筑装饰照明约占 LED 市场的 12%左右。国外在建筑装饰照明应用中 不乏一些典型案例，如美

13、国费城的 Goodman Theatre 剧院、日本的 Best Home 酒店、美国费城的 Frandlin 桥，最著名的是阿联酋迪拜的海湾大酒店，该酒店 是世界著名的豪华酒店，位于海中，船帆造型配上 LED 装饰照明，夜晚的感觉妙 不可言，可以称得上 LED 建筑装饰照明的经典之作。 美国纽约的雷森勒技术学院照明研究中心，对 LED 建筑照明的应用有比 较深入的研究。 建筑装饰照明除上面谈到的大量用于室外照明外，室内照明的应用也逐 渐增多，例如商场橱窗的照明，这是典型的商业应用，通过橱窗的照明显示和展 示商品的特点，充分运用 LED 光和色的变化吸引顾客的眼球。另外在一些餐厅和 娱乐场所也

14、可以用 LED 进行装饰和点缀。 145 信号照明 信号照明是 LED 单色光应用比较广也比较早的一个领域，约占 LED 应用 市场的 4%左右。典型的应用实例是交通信号灯，LED 在各种单色信号和照明方面 足以与加滤色片的白炽灯泡相抗衡。例如一只 12in 红色交通信号灯使用一只长 寿命的 140W 白炽灯泡，产生 2000 lm 红色光。改用 LED 时换成 18 只 LED，其耗 电量包括线路损失在内共 14W。采用 LED 交通信号灯还可以降低维修成本，减少 烧毁时发生其它事故的可能性，并且能够在停电期间采用应急电池。美国加州 2001 年由于能源危机，更换一只红色交通信号灯政府补贴

15、65 美元，效果十分明 显，改装一只旧交通信号灯的投资回报期不过 3-4 个月。 LED 信号照明还大量用于出口（EXIT）指示。这种在各类建筑中都必备 的应急安全指示标志，采用 LED 有很多优点，可靠性高、减少维护、寿命长，而 且节省能源。 2、我国 LED 照明技术的发展和应用状况 21 我国 LED 技术发展状况 我国 LED 起步于 20 世纪 70 年代，90 年代形成产业，目前已具有相当规 模。90 年代后期，高亮度 LED 发展迅速，经历了进口器件销售，进口芯片封装 （1998 年前 100%进口），进口外延片制芯片、封装，自主生产四个阶段，现已 具有 GaAs 和 GaP 单

16、晶、外延片、芯片的生产能力。近两年国内企业引进 MOCVD 设备已达 20 台套。 国内约有 20 余家高等院校、 科研机构和企业在进行 GaN 蓝绿光 LED 和白 光 LED 的研究和开发，但目前与国外相比还存在较大的差距。在投入资金、设备 和人才方面均无法与国外相比，而且研究机构相对比较分散。国内主要研究单位 有：中科院半导体所、中科院物理所、北京大学、清华大学、北工大、南昌大学、 中科院长春光机所等。 国内 LED 生产企业有数百家，有生产外延材料的、生产芯片的、封装的， 还有生产 LED 应用产品的。生产外延材料和芯片的企业主要有厦门三安、大连路 明、深圳方大、江西联创、北大蓝光等；

17、封装企业数量较多，如惠州华刚、南京 华鼎、佛山国星光电、厦门华联等数百家；生产应用产品的企业更多，涉及背光 源、显示屏幕、信号照明、汽车照明、建筑装饰照明等多个领域。 22 我国 LED 照明状况 LED 作为新一代固态照明（Solid State Lighting）光源从 20 世纪 90 年代中期开始就为照明界人士所关注，在最近几届国际电光源研讨会（Lighting Source）上，LED 照明均为主要议题之一。 我国半导体界人士近年来也开始关注 LED 在照明领域的应用前景，并向 中科院和科技部等部门进行了汇报，引起了科技部的高度重视。科技部于 2003 年 6 月组建了“国家半导体照

18、明工程协调领导小组”，并于 6 月 17 日召开了协 调领导小组第一次会议，正式启动“国家半导体照明工程”。提出了“以产业化 为目标， 以应用促发展， 培育有国际竞争力的中国半导体照明新兴产业” 的口号。 协调领导小组组长为科技部副秘书长李健，19 名成员分别来自科技部、信息产 业部、建设部、中科院、照明电器协会、照明学会以及江苏、江西、广东、浙江、 北京、上海、长春、厦门等省市。2003 年下半年协调领导小组办公室主要工作 是在全国范围开展调研，摸清现状，同时紧急启动“十五”科技攻关计划，“半 导体照明产业技术开发”项目。该项目包括三个课题，一是“功率型高亮度发光 二极管芯片及封装产业化关键

19、技术”；二是“半导体照明系统技术、重大应用产 品开发及示范”；三是“半导体照明工程发展战略研究”。 2004 年上半年的工作主要是组织召开了“2004 年中国（上海）半导体照 明论坛”，在论坛召开前夕召开了协调领导小组第二次会议。协调领导小组组长 升格为科技部副部长马颂德，成员增加到 29 人。批准厦门、大连、上海浦东、 南昌为第一批国家半导体照明工程产业化基地。目前开展的工作是积极参与“中 长期科技发展规划”和“十一五”规划，作有关 LED 照明的项目建议书，同时跟 踪“十五”攻关项目的进展。 对 LED 照明的认识也经历了一个过程。在此举两个例子，一是关于我国 LED 水平与国外的差距，2

20、003 年认为差距只有 2-3 年，2004 年“论坛”后则认 为“我国不但与国际一流水平的 Lumileds、Gree、OSRAM、Nichia 等公司存在较 大的研发和产业化差距，即便与韩国和台湾地区相比也有一定差距，国内差距主 要在产业化方面”；二是关于 LED 照明取代白炽灯和荧光灯的问题。原来的提法 是“2007 年 LED 取代白炽灯和荧光灯，2012 年 LED 取代荧光灯”，现大认识到 “LED 是半导体产业与照明产业的边缘产业，从事 LED 照明需要重视 LED 产业与 照明产业的结合。 LED 何时替代传统的白炽灯和荧光灯还是未知数。 建议预计 LED 在 2007 年进入

21、普通照明市场，2012 年成为主要光源之一”。 23 我国 LED 照明的应用状况 LED 照明应用产品在国内较早只是用于仪表指示灯，随后有进口汽车用 于高位刹车灯，大规模应用是近几年的事，发展速度之快令人吃惊，应用范围比 较广的是建筑装饰照明。 231 屏幕显示 在大屏幕显示方面，国内比较有影响的是广东惠州的德赛、北京的利亚 德、西安的青松、北京的星光索莱特、深圳的京东方、深圳的普耐等。其中以德 赛的产品水平最高，该公司直接给日本东芝、日立等大公司加工大屏幕，LED 芯 片依靠进口，由惠州华刚公司封装，并组装成模组，由德赛制成大屏幕。另一家 比较有特点的公司是北京索莱特，该公司大屏幕主要针对

22、电视台演播厅背景，同 时也可用于舞台演出的背景，这种应用是近年来兴起的，市场前景很看好。全彩 大屏幕在国内应用逐渐增多，除体育场馆外，室内及室外用量也不断增大。上海 浦东陆家嘴金融中心的震旦国际总部，整个朝向黄浦江的建筑立面，镶上了长 100M 的超大型 LED 屏，总计面积达到 3600m2。这种屏幕同时起到建筑装饰作用。 LED 显示屏的应用涉及社会经济各领域，主要包括：证券交易、金融信 息显示，全国各地储蓄所、证券交易所均采用 LED 显示屏；机场航班的动态信息 显示； 港口、 车站旅客引导信息显示； 体育馆信息显示； 调度指挥中心信息显示， 电力调度、车辆调度管理，车辆动态跟中农等，也

23、逐步采用 LED 显示屏；邮政、 电信、商场、购物中心等服务领域的业务宣传与信息显示；广告媒体，除大型户 外广告，在火车、汽车车厢内也出现了 LED 显示屏，除播出有关信息外，还插播 广告。 232 建筑装饰 LED 在建筑装饰领域的应用更加广泛，出现了不少创新设计。以往对建 筑立面照明主要采有投射方式，但许多建筑物没有地方放置传统的投光灯。LED 由于光源尺寸小，可以水平或垂直安装，与建筑物表面更好地结合，拓展了照明 设计师的创作空间。 在景观照明中，LED 在广场、公园、绿地、水面、水下、道路等均有不 同的应用，由于 LED 灯具体积小，便于隐藏，因此会产生较好的景观照明效果。 由于景观照

24、明的需求，企业开发出品种繁多的 LED 灯具，在造型、款式、 色彩、 功能等方面均富于变化。 同时由于采用智能控制， 对色彩、 亮度均可控制， 使得色彩丰富、变化多姿。 233 交通信号灯 LED 交通信号灯发展可分为三个阶段：第一阶段是 1998 年以前，LED 信 号灯为试用期，一方面受 LED 发光器件的限制，使用效果一般；另一方面 LED 信号灯刚刚开发出来，对其在户外条件下的使用也需要考察一段时间，这一时期 主要在北京、上海使用，未大面积铺开。第二阶段是 1998-2000 年，这一阶段 LED 信号灯从试用走向规模使用。这一阶段，LED 信号灯开始成批量地更换或在 新增交通信号控制

25、路口使用，北京、上海、重庆等城市都在这一时期批量使用 LED 信号灯。这一时期的 LED 信号灯技术水平不高，主要靠 LED 发光器件技术水 平的提高来达到使用要求。2001 年以来称为第三阶段，随着 GB14887-1994道 路交通信号技术要求及测试方法的修订，LED 信号灯的技术水平进入一个总体 提高阶段。这一阶段，国内许多城市大规模的使用或都全面使用 LED 信号灯，这 些城市有北京、上海、南京、重庆、宁波等。LED 在交通诱导信息显示屏中的应 用，既可看作显示屏幕，也可以作为交通信号，对显示路段交通状况和停车场情 况等文字信息的显示屏，高亮度是一个重要的发展趋势。LED 在交通标志和

26、倒计 时显示器中的应用也日益广泛，主要是包括可变交通标志，如可这限速标志、可 变车道标志和配合交通信号灯使用的倒计时显示器。 上面讲的是一般城市道路用交通信号灯，实际上广义的交通信号灯还包 括航标灯、铁路信号灯、机场相关信号指示灯等。 上海奥星照明电器制造有限公司研制了 LED 航标灯， 光源采用碟状结构， 与相应光学系统匹配构成了一个相对独立的发光单元，在实际应用中，根据大小 河流或沿海的不同需求选择灯具中所使用的单元数目，获得不同的射程。 LED 铁路信号灯在国内也处于研究开发之中，目前已经研制出 LED 手提 信号灯，铁路信号灯的研制目前还要克服颜色和光强问题。 航空和机场助航灯光系统也

27、在采用 LED，由上海东风照明器材公司生产 的障碍灯、环境灯，已用于国内机场。机场滑行道边灯采用了蓝光 LED，也已通 过民航总局的认可，拟投入使用。 234 汽车照明 我国在汽车中用 LED 从 1998 大规模生产安装后雾灯开始， 此举带动一批 企业开发 LED 灯具。 从我国目前实际情况来看， 近期 LED 主要用于汽车制动灯 （刹 车灯），包括使用最普遍的高位刹车灯。 上海华亿光电子有限公司开发了一种 LED 汽车行驶状态灯，通过安装于 汽车后部的 LED 状态灯的灯光变化，显示汽车行驶过程中的各种不同状态，以提 示尾随车辆驾驶者，有效防止追尾撞车等事故发生。除具备一般高位刹车灯显示

28、刹车（红灯亮）的功能外，并显示滑行（黄灯亮）和回速（绿灯亮）的行驶状态， 同时还可组合显示汽左转、右转、倒车、临时停车等十余种状态。使驾驶员在操 纵车辆行驶过程中的所有状态都通过信号得以充分表达。 目前国内上海复旦大学与上海汽车制造公司、长春光机所与长春一汽均 在合作开发 LED 汽车照明产品。随着 LED 光学性能不断提高，封装设计更有针对 性、实用性，它将为汽车的个性化、一体化提供更大的发展空间。 235 LED 其它应用 除了前面讲到的屏幕显示、建筑装饰、交通信号和汽车照明外，LED 的 应用还渗透到其它领域，以下仅举几例： 白光 LED 已用于各式各样的手电筒，国内一些企业与煤矿合作开

29、发井下 矿灯，在今年新开通的城市间直达列车上（Z 字头），全程软卧车厢床头阅读灯 已改成 LED 灯，采用了 21 颗白光 LED 组装而成。同时车辆夜间行走时，走道的 地灯也采用 LED。 彩色 LED 应用更加花样繁多，在电视演播厅和一些演出场所，以往的透 明地板彩用彩色白炽灯，现已改为 LED，配合音乐与表演显示动态彩色变幻的效 果。 另外 LED 还用于一些玩具和纪念品上，作为一种装饰，如圆珠笔、钥匙 链等等。 24 我国 LED 照明技术与国外的差距 代表国际一流水平的 LED 生产企业是美国的 Lumileds（PHILIPS 与 HP 合资）、Gree、日本的 Nichia、德国

30、的 OSRAM 等。这些公司在 LED 研发和生产 上均拥有多项专利技术，特别是在大功率白光 LED 方面处于世界领先地位，控制 了白光 LED 的主要市场。韩国和我国台湾地区的一些企业处于二流水平，主要特 点是生产企业多，具有较好的半导体产业基础，人才和设备方面也有比较优势， 占有大量中档产品市场。我国目前处于三流水平，特点是发展迅速、企业众多， 但产品的质量和档次比较低。表 2 反映了我国 LED 的发展速度。 1997-2002 年国内 LED 生产与销售情况 表 2 年份 生产（亿只） 产值（亿元） 销售额（亿元） 1997 47 2761 1978 1998 65 3589 2244

31、 1999 75 4289 2705 2000 84 4970 3140 2001 102 5980 3820 2002 160 10000 8000 注：数据来源于中国光学光电子协会光电器件分会。 据海关统计， 我国 2003 年 LED 出口量为 119 亿只， 出口额为 3.3 亿美元； 进口量为 170 亿只，进口额为 14 亿美元。从以上数据可以看出，我国是 LED 进 出口大国，进出口数量及成交额均比较大。另外也可以看出进口产品与平均价格 差别较大，平均进口价格是平均出口价格的 3 倍。这反映了目前国内 LED 生产水 平与国外水平的差距。我国出口的大多是中低档产品，而市场所需的中

32、高档产品 仍需大量进口。这就为我国 LED 今后的发展指明了方向，即如何培育具有国际竞 争力的 LED 产业。 在 LED 应用产品方面，虽然与发达国家存在一定差距，但相对差距较小， 例如在显示屏幕和交通们号灯等领域， 与国外的差距在缩小。 建筑装饰照明方面， 国内进步也比较快，需要在设计和控制方面进上步加强。在 LED 应用产品开发方 面我国有一定的比较优势， 目前已有一些国外企业将开发出的应用产品拿到中国 生产，预计这种 OEM 方式生产的产品将会在国内继续增长。 3、LED 在照明节电领域的地位 31 LED 照明的特点 311 低耗电量 LED 是低压器件，驱动单颗 LED 的电压仅需

33、 2.5-3.5V，驱动电流为几十 毫安。 312 寿命长 尽管传统光源的额定寿命定义相同，都是在 50%实验样品燃毁之时，即 为灯的寿命时间。而 LED 寿命至今尚无标准的定义，国外有关报道给出的寿命定 义类似气体放电灯，光通维持率到一定值的燃点时间作为 LED 的寿命，例如给也 流明维持率在 70%或 50%的时间。 按上述定义，即光通维持率达到 70%与 50%之间，则 LED 的寿命在 10000-100000h（如表 3 所示）。 各色 LED 的寿命 表 3 红 绿 蓝 白 寿命 70（h） 22000 65000 15000 45000 寿命 50（h） 42000 12000

34、30000 85000 从以上数据不难看出 LED 与传统光源相比具有寿命长的特点，传统光源 寿命一般在 1000-10000h 之间，与 LED 相比差一个数量等级。 313 亮度和色彩的动态控制 彩色 LED 产品已覆盖了整个可见光谱范围，且单色性好，色彩纯度高， LED 的光效远高于白炽灯加滤光片。LED 的响应时间很短，一般为几个 ms，能瞬 时达到全光通输出，如果使用三原色 LED 组合，可以瞬间改变颜色。还可以对 LED 进行调光，使用脉宽调制（PWM）能实现颜色的渐变。 LED 亮度和色彩的控制是 LED 应用产品得以广泛应用的又一特点。单色 LED 用作显示时， 可通过矩阵组合

35、显示不同的文字和图形， 而由红绿蓝三基色 LED 可以组成全彩色的屏幕显示， 全彩大屏幕可以在室内或室外大型公共场所提供全 彩动态画面，不同颜色的 LED 通过不同的排列组合构成灯具，安装在各种建筑物 上，作为装饰照明可以取代霓虹灯，其亮度和色彩的变化甚至大大超过霓虹灯的 效果。 314 外形尺寸小 普通 LED 外形尺寸只有 5mm，由于单个 LED 功率小，发光强度不够，一 般使用均将若干个 LED 进行排列组合，但整体来看，LED 的外形尺寸比其它显示 或照明设备均要小，即使采用组合方式，也可以提供更多的灵活性，如用于飞机 或火车上的阅读照明。 32 LED 在照明节电领域的地位 能源问

36、题是我国全面实现现代化，保证国家稳定发展的一个长期的制约 因素。我国要在 21 世纪的前 20 年全面建设小康社会，作为有 13 亿人口的发展 中大国，我国的能源特别是电力资源相对比较匮乏。改革开放以来，我国电力工 业蓬勃发展，成为世界电力生产和消费大国，初步实现了电气化，但是，与发达 国家相比，尚有很大差距。我国人均用电量仅为世界平均水平的 1/3，还不到发 达国家的 1/10。随着经济的发展，电力需求将继续呈上升趋势，电力供应形势 不容乐观。因此，加快电力发展，满足快速增长的电力需求是一项长期的任务， 但同时，我们也应特别注意到，资源节约在能源问题上的关键地位。在这种局面 下，继续坚持“资

37、源开发与节约并举，把节约放在首位”的方针，抓好节约用电、 合理用电工作，提高能源利用效率，对我国经济建设的可持续发展极为重要。 随着人民生活水平的不断提高，照明用电在电力消费中所占的比例逐年 增加。目前，照明用电约占全国用电量的 13%，在终端用电中仅次于电机，居第 二位。开展照明节电是促进节电工作的一个重要组成部分。在国家发展和改革委 员会近日制定的节能中长期专项规划的重点节能领域 中明确指出要提高照 明器具的能效标准，并且将绿色照明工程列为十项重点节能工程之一。 我们目前使用的照明光源产品，根据发光原理的不同，主要分为以下三 种： （1） 由热辐射进而产生白炽光。其代表产品为白炽灯和卤钨灯

38、， 光效为 12-24 lm/W。 （2） 气体放电发光。其代表产品为荧光灯和 HID 灯等，光效为 50-120 lm/W。 （3） 电致发光。其代表产品为发光二极管（LED），目前单颗白 色 LED 的光效已接近 30 lm/W。 白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯已经普遍应用在各种照明场年，是目前应 用最广泛的电光源类产品。 随着绿色照明工程的深入开展， 荧光灯以其发光效高、 能耗照明用电的 40%，产生总光通量的 15%，荧光灯消耗 60%的照明用电，产生 85%的光。尽管这两类传统光源的光效还有提高的可能，但由于白炽灯为热辐射 原理和工作温度所限， 而荧光灯则受 253.7nm 紫外线转

39、换成可见光的能量效率的 制约，因此白炽灯和荧光灯在光效的进一步提高上都有所局限。 上个世纪末，随着不断涌现的机关报材料和机关报技术，发光二极管 （LED）芯片制造技术和封装技术取得重大发展，发光颜色也覆盖到了整个可见 光光谱范围，极大地拓展了 LED 的应用范围和领域。白光 LED 的出现给 LED 用于 普通照明开辟了新的领域。 世界上许多国家和地区已开始用超高亮度 LED 取代白 炽灯、金属卤钨灯，广泛用作交通信号灯、警示灯、标志灯、汽车、轿车上的高 位刹车灯、尾灯、转向灯及仪表盘的照明和显示、景观照明等。上世纪 90 年代 末期，LED 的高并行化、超高亮度和全色化使其应用领域也日趋广泛

40、，逐步走向 室内外照明领域。 由于 LED 特殊的发光原理，使其在达到同等亮度情况下所需消耗的能量 远远低于普通白炽灯，随着关键技术的进一步突破，白光 LED 的光效有可能达到 150-200 lm/W， 大大超越现在所有照明光源的光效， 在照明方面有着诱人的前景。 相对于传统的电光源产品。LED 的能耗较低，是一种节能光源，LED 技术在照明 应用领域的突破给高效照明家族又增添了新的力量。 受技术和价格因素的限制，LED 作为新兴的高效照明产品，目前还处于 初级阶段。但是由于其能耗低稳定性好等显著的特点，LED 越来越为照明以及能 源领域所关注。现在世界各国的科研人员正在努力突破高亮度、低成

41、本等技术难 关，加速 LED 在普通照明领域的进一步应用，LED 将为照明节电提供更广阔的拓 展空间，同时在照明节电领域占有越来越重要的位置。 4、如何推动 LED 照明技术在我国的应用 41 科学地分析 LED 照明的未来前景 411 显示屏幕 无论是全彩大屏幕还是单色显示屏幕均会有所发展。彩色大屏幕的质量 水平会进一步提高，大城市主要商业街会出现更多。但是受到价格和应场所等因 素的影响，会有一些局限。但单色显示屏的应用将会更加广泛，本文第三章中提 到的应用场所随着我国经济的发展，会向中西部地区和中小城市及城镇扩展，具 有潜在和广阔的市场空间。 412 建筑装饰照明 建筑装饰照明是近年来 L

42、ED 应用最为活跃的领域， 未来 5-15 年这一势头 会持续下去，随着技术进步，建筑装饰照明设计水平的提高以及人们对环境、视 觉的要求，将会出现更加人性化的照明效果。同样，这种建筑装饰照明也会随着 经济的发展和人们生活水平的提高，向我国中西部地区和中小城市渗透。 413 信号照明 LED 信号照明是 LED 应用较早也较成熟的领域，未来 5-15 年 LED 在这一 领域仍有较大的发展空间。LED 交通信号灯应用将会更加普遍，更加成熟，同时 将会有更多的交通诱导信息显示屏与之配合。 无论是在城市内道路还是城市之间 的高速公路上，将会出现更多的 LED 信号灯和显示屏。预计未来 5-15 年

43、LED 信 号灯将会更多地应用在铁路信号上，使铁路信号灯像目前的道路信号灯一样。另 外在航标灯和航空信号灯方面也会有更多的应用，目前机场上使用的各类信号 灯，如出口（EXIT）等文字或图像信号灯将大量取代普通照明光源。 414 汽车照明 LED 汽车照明在目前实际应用的仍是尾灯，主要是刹车灯，特别是高位 刹车灯。未来 5-15 年汽车照明将是一个巨大的潜在市场，除了汽车后灯（尾灯、 刹车灯、阅读灯、仪表盘灯、门灯，将会以 LED 为主。笔者认为除汽车前照灯以 外，其余汽车灯均可采用 LED 照明。有专家预测未来包括前照灯也将采用 LED， 但笔者目前的预测还未能如此大胆。 即使除前照灯外， 其

44、余汽车灯全部采用 LED， 其市场已十分可观。一般来说一辆汽车平均有 40 只灯泡，可见其市场之大。目 前我国汽车工业正在高速发展，未来私人汽车拥有率会不断提高。但需要引起注 意的是进入汽车行业的门槛是比较高的， 如果产品的质量和成熟程度达不到一定 要求，是不能进入汽车厂的。 415 LED 进入普通照明市场的分析预测 对 LED 进入普通照明市场的分析预测，截止目前可以说是仁者见仁，智 者见智，并没有完全一致的看法。大家一致的扑克法是未来 LED 将会进入普通照 明市场，这对于传统的照明市场将是一场革命。但 LED 何时进入普通照明市场， LED 未来在普通照明市场的地位如何，则是众说纷纭。

45、在这里首先例举几位国外 专家的有关论述，然后进行一些分析预测。 较早的预测来自于美国加州大学桑他巴巴拉分校（University of California at Santa Barbara）固态照明与显示中心（Solid State Lighting and Display Center） ， 称 “2007 年 LED 将取代白炽灯， 2012 年 LED 将取代荧光灯” ， 笔者于 2004 年 6 月在汉城参加 LED 照明展期间举办的 LED 研讨会时遇到该中心 Steven Denbaass 博士，当我向他询问对上述说法有何评价时，他的回答是“大 约在 2010 年 LED 将取代

46、白炽灯，2015 年 LED 取代荧光灯”。基本上是将原来的 说法推迟了三年。在这次会议期间，我将同样的问题提给了来自纽约的 Nadarajah Narendran 博士，他是 Lighting Research Center of Rensselaer Polytechnic Instiute 中心的主任，但他没有正面回答，而是说“他预计 2015 年 LED 照明可以占到照明市场的三分之一。 2004 年 9 月 9 日在北京召开的中国绿色照明工程照明节电国际研讨会 上，笔者将同样的问题提给了来自纽约的 LED 专家 Kathsyn M.Conway 女士，她 认为 Santa Barba

47、ra 的预测过于乐观，她认为“未来在手机、游戏、电视等背光 源和显示屏应用广泛，在指示标志、交通信号灯、建筑景观照明等场所会大量应 用并替换霓虹灯。2010 年可用于阅读、案头工作及计算机用照明，2020 年可用 于吊灯和除泛光照明之外的大部分室外照明”。 综上所述，笔者认为未来 5-15 年将是 LED 进入普通照明市场的成长期， 即 5 年后（2009 年）LED 进入普能照明市场，再过 10-15 年（2014-2019 年）， LED 将成为主要电光源之一。可能有人认为这种预测是否过于保守，但笔者认为 LED 进入普通照明市场还需要有大量工作要做，成为主要光源之一谈何容易。对 此必须要

48、保持清醒的头脑，切不可头脑发热。 42 LED 照明技术在生产和应用领域存在的主要技术障碍 LED 照明技术的应用日益广泛，发展速度之快是人们始料不及的。在看 到 LED 照明发展的大好形势下，我们也要清醒地看到在发展过程中存在一些问 题。 首先在 LED 上游产品即外延材料和芯片方面，我国与国际先进水平存在 较大差距。半导体产业属于技术和资金密集型产业，需要大批高素质的人才和耗 资巨大的进口设备。目前国内虽有一些科研机构和高等院校投入研发力量，但相 对力量比较分散，且大部分处于实验室规模，尚未形成产业化。少数企业具有产 业化条件，但产品质量的稳事实上性和档次还存在一定问题。白光 LED 技术

49、的研 究刚起步，基本上处于跟踪信制阶段。在中游产品 LED 封装方面企业数量众多， 但设备的稳定和产品档次提高。例如，由于 LED 封装质量不过关使内部产生锈蚀 损坏，或一些封装材料出现问题等。目前国内使用的 LED 大致有几种情况：一是 进口已封装好的器件；二是进口芯片国内封装；三是国内芯片国内封装。这几种 情况主要与质量和成本有关，进口器件质量好但成本高，国产器件成本低但质量 不高。目前在外延材料和芯片方面世界性的课题是“大功率、高亮度白光 LED 外延材料和芯片的制作技术”，而在封装方面，由于功率大、驱动电流大，主要 是如何解封装器件的散热问题，散热问题是大功率器件封装的关键技术问题。 LED 下游产品主要指各类应用产品，这些产品也存在一定的质量问题。 灯具的质量问题包括 LED 灯具设计的合理性、印刷电路板制作、安装工艺等，由 于室外的 LED 灯具对室外工作环境适应问题， 如高低温、 防尘、 防水、 防振动等。 影响 LED 应用的另一个问题是目前 LED 的光效还不高，但价格比较高。 当然这是 LED 发展过程中的问题，随着技术进步，LED 的发光效率会逐步提高， 成本也会不断降低，但不可否认