LED光源在照明領域的應用，是半導體發光材料技術高速發展及“綠色照明”概念逐步深入人心的產物。“綠色照明”是國（guó）外照明領域（yù）在上世紀80年代未提出的新概念，我國“綠色照明工程（chéng）”的實施始於1996年。實現這（zhè）一計劃的重要（yào）步驟就是要（yào）發展和推廣高（gāo）效、節能照明器具，節約照明（míng）用電（diàn），減少環境及光（guāng）汙染，建立一個優質高效、經濟舒適、安全（quán）可靠、有益環境的照明係統。
　　一、LED照明概念LED（LightEmittingDiode），又稱發光二極管，它（tā）們利用固體半導體芯片（piàn）作為發光材（cái）料，當兩端加上正向（xiàng）電（diàn）壓，半（bàn）導體（tǐ）中的載流子發生複合，放出（chū）過剩的能（néng）量而引起光子發射產生可見光。
　　（一）LED的發展曆史。
　　應用半導（dǎo）體PN結發光源原（yuán）理製成LED問世於20世（shì）紀60年代初（chū），1964年首先出現紅色發光二極管，之後出現黃色LED。直到（dào）1994年，藍色、綠色LED才研製成功。1996年由日本Nichia公司（日亞）成功（gōng）開發出白色LED。LED以其固有（yǒu）的特點，如省電、壽（shòu）命長、耐震動、響應速度快、冷光源等特點，廣泛應用於指示燈、信號燈、顯示屏、景觀照明等領域，在（zài）我（wǒ）們的日常生活中處處可見，家用電（diàn）器、電話機、儀（yí）表板（bǎn）照明、汽車防霧（wù）燈、交通信號燈等。但由於其亮度差、價格昂貴等條（tiáo）件的限製，無法作為通用光源推廣應用。近年來，隨著人們對半導體發光材料研究的不斷（duàn）深（shēn）入，LED製（zhì）造（zào）工藝的不斷進步和新材料（liào）（氮化物晶體和熒光（guāng）粉（fěn））的開發和應（yīng）用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展（zhǎn），其發光效（xiào）率（lǜ）提高了近1000倍（bèi），色度方麵已實現了可見光波段的所有顏色，其中最重要的是（shì）超高亮度白光LED的出現，使LED應用領域跨越至高效率照明光源市場成為（wéi）可能。曾經有人指出，高亮度LED將是人類繼愛迪生發（fā）明白熾燈泡後，最偉大的發明之一（yī）。
　　（二）LED發光原理發光二極管主要由PN結芯片（piàn）、電極和光學係統組成。
　　其發光體—晶片的麵積為10.12mil(1mil=0.0254平方毫米)，目前國際上出現大晶片LED，晶（jīng）片麵積（jī）達40mil。其發光（guāng）過程包括（kuò）三部分：正（zhèng）向偏壓下（xià）的載流子注入、複合輻射和光能傳輸。微小的半導（dǎo）體晶片被封裝在潔淨的環氧（yǎng）樹脂物中，當電子經（jīng）過（guò）該晶片時，帶負電的（de）電子移動到帶正電的空穴區域並與之複合，電子和空穴消（xiāo）失的同時產生光子。電子和空穴之間的能量（帶隙）越大，產生的光子的能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色對應，可見光的頻譜範圍內（nèi），藍色光、紫色光攜帶的能量最多，桔色光、紅色光攜（xié）帶的（de）能量最少。由於不同的材料具有不同的帶隙，從而能夠（gòu）發出不同顏色的（de）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（bái）光LED多是二波長，即以藍光單晶片加上YAG黃色（sè）熒（yíng）光粉混合產生（shēng）白光（guāng）。未來較被看好的是三波長白光LED，即以無機紫外光晶片加紅、藍、綠三顏色熒光粉混（hún）合產生白光，它將取（qǔ）代熒光燈、緊湊型節能熒光燈泡（pào）及LED背（bèi）光源等（děng）市場。
　　（三）LED光源的基本（běn）特征：
1、發光效率高LED經過幾十（shí）年的技術改良，其（qí）發光（guāng）效率（lǜ）有了較大的提升。白熾（chì）燈、鹵鎢（wū）燈光效為12－24流明/瓦，熒光燈50～70流明/瓦，鈉燈90～140流（liú）明/瓦，大部（bù）分的耗電變成（chéng）熱量（liàng）損耗。LED光效經（jīng）改良（liáng）後將達到達50～200流明/瓦，而且其光的單色性好、光譜窄，無需過（guò）濾可直（zhí）接發出有色可見光。目前，世界各國均加緊提高LED光效方麵的研究，在不遠的將來其發光效率將（jiāng）有更（gèng）大的提高。
　　2、耗電量少LED單管功率0.03～0.06瓦，采用直流驅動，單管驅動電壓1.5～3.5伏，電流15~18毫安，反應速度快，可（kě）在高頻操作。同樣照明效果的情況（kuàng）下，耗電量是白熾（chì）燈泡的萬分之一，熒光燈管的二分之一、日本估計，如采用（yòng）光效比熒光燈還要高兩倍的LED替代日本（běn）一半的白熾燈和熒光燈。每年可節（jiē）約相當於60億升原油。就（jiù）橋梁護欄燈例，同樣效果的一支日光燈（dēng）40多瓦，而采用LED每支的功率隻有8瓦，而且可以七彩變化（huà）。
　　3、使用壽（shòu）命長采用電子光（guāng）場輻（fú）射發光，燈絲發光易燒、熱（rè）沉積、光衰減等缺（quē）點。而采（cǎi）用LED燈體積小、重量輕，環氧樹脂封裝，可承受高（gāo）強度機械衝擊和震動，不易破碎。平均壽命（mìng）達10萬小時。LED燈具使用壽命可達（dá）5～10年，可以大大降低燈具（jù）的維護費用，避免經常換燈之苦。
　　4、安全可靠性強發熱量低，無熱輻射性，冷光源，可以安全抵摸：能精確控製光型（xíng）及（jí）發光角（jiǎo）度，光色柔和，無眩光（guāng）；不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質。內置微處（chù）理係統可以控製發光強度，調整發光方式，實現光與藝術結合。
　　5、有利於環保（bǎo）LED為全固體發光體，耐震、耐（nài）衝擊不易破碎，廢棄（qì）物可回收，沒有汙染。光源體積小，可以隨意組合，易開（kāi）發成輕便薄短小型照明產品（pǐn），也便於安裝和維護。當然，節能（néng）是我們考慮使用LED光源的最主要原因，也許LED光（guāng）源要比傳統光源昂貴，但是用一年時間的節能收回光源的投資，從而獲得4～9年中每年幾倍（bèi）的節能淨收益期。
　　二、LED照明光源技術的應用前景及趨勢
　　長（zhǎng）期以（yǐ）來，由於LED光效低的原因，其應用主要集中在各種顯示領域。隨著超高亮度LED（特別（bié）是（shì）白光LED）的出（chū）現（xiàn），在照明領域的應用成為可能。據國際（jì）權威機構預（yù）測，二十一世紀將進（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）前景及發展趨勢
　　目前，照明消耗約（yuē）占整個電力消耗的20％，大大降低照明用電是節省能源的重（chóng）要途徑，為實現這一目（mù）標，業界已研究開發出許多種節能照明器具，並達到了一定的成效。但是，距離“綠色照明”的要求還遠遠（yuǎn）不夠，開發和應用更高（gāo）效、可靠、安全、耐（nài）用的新型光源勢在必行。LED以其固有的優越性正吸引著世界的目光。美國、日本等國家（jiā）和台（tái）灣（wān）地（dì）區對LED照明效益（yì）進行了預測，美國（guó）55％的白（bái）熾燈及（jí）55％的日光燈被LED取代，每年節省350億美元電費，每年減少7.55億（yì）噸二氧化碳排放量。日本100％的白（bái）熾燈換成LED，可（kě）減少1～2座核電廠發電量，每年節省10億公升以上的（de）原油消（xiāo）耗。台灣地區25％的白熾燈及100％的日光燈被白光LED取代，每年節省110億（yì）度電。日本早在1998年就編製“21世紀計劃”，針（zhēn）對新世紀照明用LED光源進行實用性研究。近年來，日本日亞化（huà）工、豐田合成、SONY、佳友電工等都已有LED照明產品問世。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行LED照明產品的研究開發和生產。美國GE公司和EMCORE公司（sī）合作成立新公司，專門開發白光（guāng）LED，以取代白熾燈（dēng）、緊湊型熒光（guāng）燈、鹵鎢燈和汽車燈。德國歐司朗公司與西門子公司合作開發LED照明（míng）係統（tǒng）。台（tái）灣目前的LED產量僅次於日本（běn）列（liè）在美國之前，從1998年開始投入6億（yì）台幣進行相關開發工作。LED發（fā）展曆史已經（jīng）幾十年，但在照（zhào）明領（lǐng）域的應（yīng）用還是新技（jì）術（shù）。隨著LED技術的迅猛發展（zhǎn），其發光效率的逐步（bù）提高，LED的應用市場將（jiāng）更加廣泛，特別在全球能源短缺的憂慮（lǜ）再度升高的背景（jǐng）下，LED在照明市場的前景更備受全球矚目，被業界認為在未來10年成為最被看好的市場以及最大的市場，也將是取代白熾燈、鎢絲燈和熒光燈的最大潛力商品。
　　（二）照（zhào）明應用中存在的主要技術問題
　　近年來，LED的發光效率正在逐步提高，商（shāng）品化的器件已達到白熾（chì）燈的水平（píng），景觀燈采用的白（bái）色LED發光效率接近熒（yíng）光燈的水平（píng），並在穩步增長中。但是，在照明普及應用方麵仍存在一些技術性問題：一是光通量有待進一步提高。采用（yòng）LED作為照（zhào）明光源，必須可以發出更多的（de）光，必須具有更高的能量效率。二是（shì）LED發出的光與自然光（guāng）仍（réng）有（yǒu）一定的（de）差距。白熾燈具有非常強的黃色光的成分，給人一種溫暖的感覺。而白光LED發（fā）出的白（bái）光帶（dài）有藍色光的成分，在這種（zhǒng）光（guāng）的照明下，人們的視覺不很自然。三是價格較高。這是影響（xiǎng）LED照明（míng）普及的主要原因。但（dàn）是，近年來出於晶（jīng）片（piàn）技術的改（gǎi）良，製造成本（běn）正在急劇下降，近三年來LED的價格下降了近50％，其正朝著高效率、低成本的方向發展，這為LED在照明領域的應用提供了有利條（tiáo）件。此外，較好的性價比也可（kě）以彌補成本價格方麵的不足。
　　三（sān）、LED照明技術在燈光（guāng）環境中的應用
　　由（yóu）於LED光源具有發光效率高、耗電（diàn）量（liàng）少、使用壽命長、安全可靠性強（qiáng），有利於環（huán）保等特性，近（jìn）幾年來在城（chéng）市燈光環境中得到了廣泛的應用。目前（qián）已應（yīng）用（yòng）於數碼幻彩、護欄照明、廣場照明、庭院照明（míng）、投光照明、水下（xià）照明（míng）係列。許多城市（shì）利用LED光源照明技術（shù）應用於城市燈光環境建（jiàn）設中，產生了良好的效果（guǒ），積累了豐富的經驗。如廣州電力（lì）大廈、廣（guǎng）州鶴（hè）洞大橋、廣州（zhōu）工商行大廈、珠海迎賓南路燈光（guāng）工程、東莞中心城區燈光（guāng）工程、鄭州河南醫科大立交橋、上海（hǎi）延安路燈光工程、湖南常德市丹陽天橋、南通市（shì）通訊塔燈光工程（chéng）等。
　　隨著（zhe）全國城（chéng）市化（huà）的進一步（bù）發展，燈光環境（包括（kuò）路燈、景觀燈、藝術燈等）建設領（lǐng）域將（jiāng）不斷擴（kuò）大，LED光源的應用也將不斷發展。LED作為第四代新光源，在城市景觀燈建設領域中已得（dé）到了有效的應用，但要在路燈建設和維護中取代大功率的（de）高壓鈉燈（dēng）、高壓汞燈、金鹵燈等光源，還需進一步的研究和探討，認（rèn）真解決（jué）LED光源在照明應（yīng）用中存在的技術問題，還需LED光源生產廠家（jiā）結合路燈行業的實（shí）際情況，生產符合路燈建（jiàn）設和維（wéi）修所需的新產品，使第四代新光源（yuán）在城市（shì）照明建設中發揮更大的作用。