LED的實際應用

　　LED的前照燈

指采用白色LED的汽車前照燈。豐田在2007年5月17日發(fā)布的最高級混合動力車“雷克薩斯LS600h”上全球首次配備了白色發(fā)光二極管(LED)前照燈。壽命長達1萬小時，點亮所需時間不超過0.1秒。功耗比HID燈的普及產(chǎn)品要低，與HID燈高端產(chǎn)品相當，今后如進一步改進，功耗預計會更低。

　　提高亮度，降低功耗

　　白色LED技術進步顯著，目前已經(jīng)有超過熒光燈和HID燈，發(fā)光效率達到100lm/W的產(chǎn)品面世。單個白色LED的光通量達到100lm以上的產(chǎn)品也不斷涌現(xiàn)，在照明領域的應用正在加速推進。雷克薩斯LS600h的汽車前照燈采用了5個光通量為400lm的白色LED，實現(xiàn)了輔燈(LowBeam)所必須的亮度。產(chǎn)品由小絲制作所開發(fā)。

　　輔燈使用5個白色LED

　　由小絲制作所開發(fā)，配備在豐田汽車的“雷克薩斯LS600h”上的前照燈，面向輔燈使用了5個白色LED燈。每個白色LED燈使用一個白色LED模塊。

　　開發(fā)過程中碰到了確保亮度，降低功耗以及需采取發(fā)熱對策等課題。亮度至少需要與鹵素燈相同的20Mcd/m2。而白色LED只有數(shù)Mcd/m2。為此，在封裝內(nèi)配備了4個約1mm見方的大尺寸藍色LED芯片，每個芯片可輸入2.5W(輸入電流為700mA)，整個LED前照燈LEDheadlamp封裝合計10W的電力。由此，得到了25Mcd/m2的亮度。

　　但是給每個芯片都提供大電力，發(fā)光效率會降低。與HID燈相比，雷克薩斯LS600h的前照燈實際工作時的發(fā)光效率僅為40lm/W，這意味著功耗較大。為此小絲制作所對光的有效利用做了改進。具體做法是對配備的多個白色LED燈分別給予各不相同的配光特性，制成配光圖案。與在一個燈上制作復雜的配光圖案時相比，降低了光損失。

　　小絲制作所還改進了遠光照射時的白色LED燈構造。遠光燈需要照射水平線下方的配光圖案。原來的方法是遮光形成圖案，而此次利用名為“光束整形器”的鏡子，使射向水平線以上的光線改變方向。通過上述措施，可將白色LED發(fā)出的全光通量的半數(shù)以上提供給前照燈。與只能提取全光通量1/3左右的HID燈和鹵素燈相比，效率大幅提高。實現(xiàn)了與“雷克薩斯LS460”采用高端HID燈作為前照燈時相同的功耗。<

　　存在發(fā)熱課題

　　為確保壽命，小絲制作所還悉心研究了發(fā)熱對策。此次的LED前照燈模塊必須安裝在與LS460使用HID燈時相同的空間內(nèi)，所以需要在限定的形狀內(nèi)采取發(fā)熱對策。因此，首先改進了LED芯片，使其在接合溫度即使高達150℃時也能使用。

　　其次，芯片上方封裝的材料使用了玻璃，從而抑制了LED點亮時發(fā)熱而導致的劣化。這種玻璃材料比通常用于封裝材料的環(huán)氧樹脂和硅樹脂要難以劣化，即使在接合溫度為115℃時，連續(xù)點亮8000小時，亮度也不會降低。而其他公司的產(chǎn)品在點亮5000小時后，就會發(fā)生10%以上的劣化。

　　另外，為了散發(fā)白色LED發(fā)出的熱量，在燈的外殼上設置了散熱片和散熱管。在LED前照燈的試制品中，很多都是利用散熱片和冷卻風扇來散熱的。但設置冷卻風扇，會增大前照燈模塊的體積。為此，此次采用了內(nèi)部裝有純凈水的散熱管，使得不使用冷卻風扇也可散熱。

　　LED投影儀

　　用R(紅色)，G(綠色)，B(藍色)LED，或白色LED作為光源的投影儀。通過采用LED取代原來的光源——高壓汞燈(UHP)會帶來許多優(yōu)點。例如壽命，一般情況下，UHP燈使用1萬小時左右便需更換，而LED壽命則高出其一倍以上。此外，還具有可瞬間點亮達到最高亮度，不使用汞等優(yōu)點。

　　采用LED光源的前投型投影儀的最大特點是投影儀尺寸小，而且可用電池驅動。甚至還有明信片大小的產(chǎn)品。無需高電壓驅動，電源電路和散熱構造簡單，還省去了以前用來將光源的白色光分離為RGB三色的色輪等。目前，各公司都在積極開發(fā)，例如推出了采用單板透射型液晶面板的產(chǎn)品和采用DMD等反射型顯示元件的產(chǎn)品等。

　　LED投影儀有多種形態(tài)，從方便攜帶的超小型產(chǎn)品到可嵌入筆記本電腦，數(shù)碼相機和手機等便攜產(chǎn)品中使用的產(chǎn)品等。能夠使用電池驅動，尺寸僅為放入衣服口袋大小的外置型投影儀具有可與便攜式媒體播放器連接，在大屏幕上投射影像以便于多人觀看的娛樂用途，接入筆記本電腦以用來介紹策劃案的商務用途等。這種小型投影儀被稱為“微型投影儀”。

　　LED光源的主要特點

　　通過將光源由UHP燈改為LED而實現(xiàn)的投影儀共有五點特征。

　　微型投影儀今后要順利普及還需要解決幾個課題。在小型化，低功耗化和削減成本這三項技術課題中，小型化的王牌是激光光源。與目前的主流LED相比，激光射出的光不容易擴散，方便進一步縮小光學系統(tǒng)的尺寸。

　　熒光燈型LED

　　旨在取代熒光燈的直線形LED照明器具。許多新涉足LED照明市場的企業(yè)都上市了熒光燈型產(chǎn)品。熒光燈型LED照明器具依其安裝方法可分為3種，分別為(1)卸下原有的鎮(zhèn)流器及逆變器，置換為專用轉換器的款式;(2)取下原有的鎮(zhèn)流器及逆變器，直接連線的款式;(3)無需取下原有的鎮(zhèn)流器及逆變器，直接安裝使用的款式。

　　(1)和(2)需要擁有專業(yè)資格的人員進行電氣施工。(2)中，逆變器內(nèi)置在直管內(nèi)的發(fā)光部的背面。(3)雖無需施工即可輕松安裝，但由于鎮(zhèn)流器和逆變器會造成電力損失，因此綜合效率不佳。

　　在節(jié)能方面，熒光燈型LED的綜合效率還不及HF型熒光燈。美國能源部(DepartmentofEnergy，DOE)根據(jù)CALiPER(commerciallyavailableLEDproductevaluationandreporting)這一產(chǎn)品評測程序評測了LED照明產(chǎn)品的性能，得出的結論是“性能尚不足以作為代替熒光燈的產(chǎn)品”。日本燈泡工業(yè)會也在2009年7月公布了對日本國內(nèi)上市產(chǎn)品進行的評測結果。表示就節(jié)能性能來說，熒光燈型LED還無法看作是可代替熒光燈的光源。在安全性方面，熒光燈型LED的重量超過了JIS的容許范圍，因此存在受到?jīng)_擊和振動等時的脫落之憂。然而即使熒光燈型LED在效率和質(zhì)量方面還不能取代熒光燈，但存在便利使用的需求，因此有觀點認為該產(chǎn)品能夠在市場上占據(jù)一席之地。

　　取代熒光燈的直管型LED照明器具與熒光燈的比較

　　日本燈泡工業(yè)會的調(diào)查結果顯示，在綜合效率方面有接近HF型熒光燈的LED，但也有綜合效率非常低的LED產(chǎn)品。從整體來看，重量要比熒光燈重，還有超過了JIS所規(guī)定的500g的產(chǎn)品。

　　LED燈泡

　　使用LED作為光源的白熾燈型照明器具。與白熾燈和燈泡型熒光燈一樣，可安裝在E26及E17等交流供電的燈口上使用。

　　2009年上半年，許多廠商發(fā)布了燈泡型LED照明產(chǎn)品，LED燈泡的價格競爭開始激化。點燃競爭導火索的是夏普。該公司2009年6月發(fā)布的新產(chǎn)品，將廠商售價設為原來的一半左右：相當于40W白熾燈的產(chǎn)品約為3900日元，相當于60W白熾燈的產(chǎn)品約為4000日元。“白熾燈每100日元的壽命為1000小時，所以將壽命為4萬小時的LED燈泡設定為4000日元”(夏普)。為使LED燈泡單位時間的價格與白熾燈相同，夏普削減了LED、電源部件和材料的成本。

　　2009年9月，松下才發(fā)布了LED燈泡。對于為何照明領域日本最大的廠商松下的行動會落后于他人，該公司的解釋是“為使其長期耐用，在性能驗證上花費了時間”。松下預測2012年度日本國內(nèi)的LED燈泡市場規(guī)模會達到3000萬個，屆時該公司的銷量將瞄準占市場份額50%的1500萬個。

　　LED燈泡價格迅速降低

　　東芝照明技術的產(chǎn)品價格走勢。相當于60W白熾燈的射燈型產(chǎn)品的實際售價為9000日元左右。2009年3月上市了實際售價為8000日元左右的燈泡型產(chǎn)品，但4個月后為追隨夏普產(chǎn)品的價格，又推出了實際售價不到4000日元的產(chǎn)品。

　　照明廠商之所以雖在LED燈泡的成本上處境艱難，卻仍不斷擴大價格競爭，是為了在這一市場上搶占先機。因為以長壽命為特點的LED照明產(chǎn)品在普及以后很難會有太大的換購需求。

　　LED照明

　　主要指采用白色LED的照明。LED以往主要用于裝飾性照明用途。最近作為一種可降低照明器具耗電的手段而受到人們的關注，開始用于室內(nèi)的普通照明用途。

　　在環(huán)保意識不斷提高的背景下，LED及有機EL等新一代照明開始受到關注。全球開始停止制造與銷售壽命短，耗電量大的白熾燈，改為更高效率的照明。應日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省等的要求，東芝照明技術于2010年3月原則上停止制造白熾燈。雖然有機EL照明因發(fā)光效率尚低，量產(chǎn)預計要等到2012年以后，但LED照明則疾速脫穎而出，其勢頭大有超過被譽為白熾燈最佳替代品的熒光燈。

　　推動LED照明普及的是白色LED的技術進步。目前，一個白色LED封裝的發(fā)光效率已經(jīng)實現(xiàn)了100lm/W。制成照明器具后的綜合效率也提高到了70～80lm/W左右。而且，“150lm/W產(chǎn)品已在射程之內(nèi)”(LED封裝廠商)。預計這一目標將會在2012年前后實現(xiàn)，發(fā)光效率屆時將超過熒光燈。

　　在全球市場上照明用途將超過兩成

　　野村綜合研究所的調(diào)查顯示，2012年全球白色LED照明市場將接近2009年的3倍。到2012年，照明用LED在白色LED市場整體所占的比例將超過20%，照明用途對LED市場的影響越來越大。圖根據(jù)《日經(jīng)MarketAccess》的資料制作。

　　而阻礙普及的價格問題，也會因“封裝好的LED價格將會以每年1～2成的比例下降”(LED封裝廠商)，數(shù)年后將不會再是大的障礙。2010年，預計其價格將下降到被看作是普及臨界點的1日元/lm。如果考慮到LED照明的使用壽命接近于熒光燈4倍的話，那么，LED照明在綜合成本優(yōu)勢上，足可取代熒光燈照明。