摘要：作為第四代照明器具，白光LED受到了人們的廣泛關(guān)注。本文從白光LED的技術(shù)原理出發(fā)，分析了其應(yīng)用于照明的優(yōu)點(diǎn)和劣勢，并對白光LED目前存在的問題和今后的發(fā)展趨勢進(jìn)行了討論。

　　關(guān)鍵詞：白光LED,照明,節(jié)能

　　一、引言

　　自愛迪生發(fā)明白熾燈以來，人造照明光源經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：白熾燈、氣體放電燈、熒光燈。如今，白光LED作為一種新型的半導(dǎo)體發(fā)光器件日益受到人們的關(guān)注，因其具有綠色、節(jié)能、長壽命的特征而被稱為第四代照明燈具。特別是隨著研究的不斷加強(qiáng)，白光LED的光效持續(xù)得到提高，至今已達(dá)160 lm/W，這不禁引發(fā)了人們關(guān)于白光LED將全面取代白熾燈、金鹵燈和熒光燈等傳統(tǒng)電光源的呼聲。本文即對白光LED用于照明的相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并對其相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)和今后的發(fā)展方向進(jìn)行了討論。

　　二、白光LED的技術(shù)特征

　　白光LED的核心技術(shù)在于LED芯片。雖然LED作為一種電致發(fā)光的半導(dǎo)體器件已成熟應(yīng)用于信號指示和戶外大屏幕等領(lǐng)域，但真正意義的白光LED，或者稱能用于照明的白光LED出現(xiàn)才不超過20年時(shí)間。

　　為了應(yīng)用于照明，光源必須有很好的顯色性，所以照明用LED必須發(fā)白光。一種方案是發(fā)明一種多能級載流子復(fù)合的復(fù)合型雜質(zhì)半導(dǎo)體，使之直接產(chǎn)生多色光，從而混合后發(fā)白光，然而此種方案迄今未獲成功。另一種方案是將發(fā)射紅、綠、藍(lán)三種基色的發(fā)光二極管芯片做在同一個(gè)管芯中，混光成為白色，但是由于所發(fā)光束的某些部分仍然呈現(xiàn)原光色，致使整體光色較差，此種方案已被放棄。

　　目前采用的方案是在GaN基或GaInN基的藍(lán)光或近紫外區(qū)LED芯片上涂覆黃色或全色熒光粉，從而得到白光LED。熒光粉的質(zhì)量、涂層厚度稍有影響均將嚴(yán)重影響其顯色指數(shù)、色溫、光效和光衰。白光LED的壽命主要受限于GaN基或GaInN基LED芯片本身的壽命。鑒于LED為PN結(jié)發(fā)光，散熱不好將導(dǎo)致芯片壽命劇烈下降。而具有實(shí)用價(jià)值的高亮度、大功率白光LED不可避免會(huì)遇到更嚴(yán)重的PN結(jié)溫升問題。并且，單個(gè)白光LED的照度有限，在照明應(yīng)用時(shí)往往采用陣列的形式，而制作工藝的均一性差別也將降低整體產(chǎn)品的使用性能。

　　如此，鑒于白光LED本身的技術(shù)特點(diǎn)，在應(yīng)用于照明時(shí)需詳細(xì)分析其固有的優(yōu)點(diǎn)和劣勢，并采取相應(yīng)的措施才能使白光LED更好的用于照明，實(shí)現(xiàn)綠色照明。

　　三、白光LED應(yīng)用于照明的優(yōu)點(diǎn)及劣勢分析

　　作為第四代照明器具，白光LED用于照明的優(yōu)點(diǎn)在于：

　　(1)光效高。目前的實(shí)用光效可達(dá)70～90lm/W，據(jù)報(bào)導(dǎo)，美國實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)達(dá)160lm/W，而且還有增加的趨勢，預(yù)期在未來3～5年，實(shí)用光效達(dá)到150～200lm/W是可能的，到那時(shí)有可能成為最高效的光源。

　　(2)起動(dòng)性能好。只有毫秒級的響應(yīng)時(shí)間，能達(dá)到全光通輸出，快捷可靠。

　　(3)可控性強(qiáng)。低電壓器件，調(diào)光方便，容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。

　　(4)全固態(tài)。具有耐震動(dòng)，耐氣候性良好的優(yōu)點(diǎn)。

　　(5)環(huán)保。白光LED不含汞，環(huán)保性能優(yōu)。

　　(6)點(diǎn)光源。白光LED在一定光束角內(nèi)定向輻射，用于射燈、筒燈等燈具時(shí),有利于提高下射光通比。

　　由于白光LED自身的原理和特點(diǎn)，目前白光LED的劣勢在于：

　　(1)價(jià)格高。成本高成為白光LED照明進(jìn)入應(yīng)用的主要障礙之一，初次購買成本是傳統(tǒng)燈具的5~10倍，對普通用戶來說成本劣勢非常明顯。有限的節(jié)能本身無法彌補(bǔ)其高價(jià)格，今后主要靠量產(chǎn)來降低成本。

　　(2)實(shí)際壽命偏低。由于PN結(jié)自身壽命對溫度的敏感性和實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用方面的原因，LED照明燈具的實(shí)際壽命往往只有其標(biāo)稱壽命的幾分之一甚至幾十分之一。這主要是受散熱條件的影響。

　　(3)光衰大。LED的PN結(jié)溫度升高時(shí)阻抗降低，發(fā)光特性也將變化，發(fā)光效率也會(huì)降低，加以在高溫長期烘烤下熒光粉光衰較快，數(shù)個(gè)月后白光LED輻射的光通量將大幅下降，照度相應(yīng)降低，光線昏暗，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

　　(4)光譜質(zhì)量低。人的眼睛習(xí)慣太陽光，目前白光LED光源存在光譜的不連續(xù)性，尤其是熒光粉轉(zhuǎn)化的白光LED存在色溫偏高，顯色性不夠高等問題。這可依靠熒光粉技術(shù)的改進(jìn)來解決。

　　(5)電壓匹配問題。白光LED是典型的低電壓(1.8~3.9V)器件，在用市電供電時(shí)還需專配降壓器件，無論是采用變壓-整流或是采用開關(guān)電源降壓，都會(huì)產(chǎn)生額外的轉(zhuǎn)化損耗(約15~30%)，從而消弱白光LED的低功耗優(yōu)勢。有必要開發(fā)新的驅(qū)動(dòng)芯片技術(shù)，以降低電壓轉(zhuǎn)化損耗。

　　四、白光LED應(yīng)用于照明的問題及展望

　　從目前的市場情況來看，白光LED已在景觀照明、便攜式燈具、LCD背光照明、局部照明等領(lǐng)域展現(xiàn)優(yōu)勢，但整體來看，白光LED仍處于照明應(yīng)用的初級階段，其性價(jià)比提升還有很大空間。

　　為了滿足人們對高效照明和綠色照明的迫切需要，白光LED在今后的發(fā)展過程中首要解決的核心問題是降低流明成本和改善散熱。而散熱問題的改善本身就會(huì)從根源上緩解目前白光LED存在的壽命、光衰等問題，從而也會(huì)間接起到降低價(jià)格的作用。

　　其次，關(guān)于電壓匹配的問題也促使人們提出了采用AC直接驅(qū)動(dòng)LED的新思路，相關(guān)的LED驅(qū)動(dòng)芯片也日益完善和豐富。日后，借助于熒光粉技術(shù)的繼續(xù)改進(jìn)和完善，高顯色指數(shù)和寬光譜的LED光源將能夠滿足人們對室內(nèi)照明對光源質(zhì)量的更高要求。

　　我們有理由相信，隨之研發(fā)力量的不斷投入，燈具行業(yè)相關(guān)器件的完善，市場對白光LED產(chǎn)品認(rèn)可程度的提高，國家政策的大力導(dǎo)向，以及人們對節(jié)能、綠色照明的主動(dòng)關(guān)注都會(huì)使得白光LED產(chǎn)品獲得更廣泛的應(yīng)用，而用量的增多又必然使得白光LED的價(jià)格持續(xù)下降，最終促使白光LED產(chǎn)業(yè)走向性能提升、價(jià)格降低的良性循環(huán)發(fā)展之路。

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