大功率白光LED道路照明探讨-LED技术论文(1)

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翻新时间：2013-12-18

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大功率白光LED道路照明探讨-LED技术论文(1)

Ⅰ 概述 LED的开发迄今已有近30年历史，取得长足进展，白光LED的提出历十余年磨练，发展迅速。在能源短缺、污染严重的时代LED应运而生、倍受重视。

为缓解能源紧张、上世纪90年代中叶，日本政府率先、继则美国政府从财政上支持本国技术界和工业界推动固态照明的开发。我国政府(以科技部为首、包括能源部、经贸委、信息产业部等，以及各地方政府)也大力支持和资助LED的研发，并成立了国家半导体产业联盟推进中国的固态照明(中国称之为半导体照明)计划，并预期2010年白光LED的光效可提高到100 lm/W，并可用以大量替代光效约90 lm/W的荧光灯广泛用于普通照明领域，。

在这样的形势下我国的大量企业、投资者、研究人员和技术人员纷纷介入，大规模投资开拓LED的研发和生产，迄今估计总共已投入人民币数十亿元，在不到十年的时间中取得了突出的成绩，形成了规模庞大的产业链。全世界对LED特别是白光LED如此的重视有其内在原因，当前巨量的能源消耗和由此引起的能源短缺、价格上涨、特别所造成环境已使得能源节约成为一项十分迫切的任务。

各国消耗的能源中很大一部分用于照明。我国以及发达国家照明用电约占发电总量的12~13%，这是一项十分可观的能源损耗。

而目前全世界使用的光源仍以效率不高的白炽灯类光源为主，从中挖潜是大有可为的。 LED领域集中了众多优秀人才，取得了辉煌成绩，一些研究部门宣布他们研发的LED在某些条件下达到了120lm/W甚至150lm/W的光效。

因而大部分企业也纷纷宣称自己的产品的光效已达到70lm/W、90lm/W或更高，由于LED的光辐射是定向的，其光利用率比辐射输出各向均匀的普通光源仅靠灯具的定向反射采光的效率要高，因此认定LED是当前最佳功能照明光源，并大力向各个照明领域推广，数年前已有人宣称2010年LED将会大量取代紧凑型荧光灯、大规模进入家庭照明、并断言白光LED是当前最好的道路照明光源。毋庸置疑的是经过20多年的发展，LED在显示领域已取得了完全成功、并已成为无与论比、不可替代的显示器件。

在装饰照明方面也充分显示其特色、取得半壁江山，2008奥运会开幕式上LED的出色表现更震撼世界。但是不能不正视的事实是在功能照明方面白光LED仍然存在较大的局限性。

中国已经是世界上最大的LED的生产基地和消费市场，LED的应用领域广阔，但由于目前的技术水平和实际性能的限制，将此种器件用于功能照明并非用其所长的。所谓大功率LED，目前市场上能找到最大功率器件也不过3W，即使是研发中的10W器件能大规模生产，但对于常规照明特别是道路照明中使用的数百瓦的光源而言其单粒功率失之过小。

采用白光LED设计一项照明工程其用量必定很大，无论是设计难度或是成本都将是得不偿失的。 Ⅱ LED的光效对LED的普遍的评价是高光效和长寿命，很多厂家宣称其产品光效高达90lm/W或更高，但这些数据只是某些实验室在测试初始阶段当LED仍处于冷态时测得的最高数据。

所谓5万小时或10万小时寿命只是早期对小功率单色LED的估算结果。从LED的发光机理可以估算其理论光效。

如所周知LED是利用载流子复合而发光的，载流子复合时其势能全部转化为光能，单就这一过程而言其内量子效率为100%。但是载流子在介质中与晶格碰撞而损失的能量、复合时载流子所携带的动能、以及为克服外电路电阻而消耗的电能均不可能转化为光能。

考虑到各种附加能耗、载流子复合的实际内量子效率不会超过90%。载流子复合时产生的光子有50%的几率为外向辐射，这50%的光子中一部分与晶格碰撞并为晶格吸收转化为热能。

部分光子传输时在不同介质交界面处会反射回原介质并被吸收，此外作为输出窗的外电极的金属网膜或透明导电膜也将使部分光子反射并被吸收，这些过程都会降低LED的量子提取率，设这部分光子的量子提取率为80%。