LED的實(shí)際應(yīng)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(dòng)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(dá)1萬小時(shí)，點(diǎn)亮所需時(shí)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(dāng)，今后如進(jìn)一步改進(jìn)，功耗預(yù)計(jì)會(huì)更低。

　　提高亮度，降低功耗

　　白色LED技術(shù)進(jìn)步顯著，目前已經(jīng)有超過熒光燈和HID燈，發(fā)光效率達(dá)到100lm/W的產(chǎn)品面世。單個(gè)白色LED的光通量達(dá)到100lm以上的產(chǎn)品也不斷涌現(xiàn)，在照明領(lǐng)域的應(yīng)用正在加速推進(jìn)。雷克薩斯LS600h的汽車前照燈采用了5個(gè)光通量為400lm的白色LED，實(shí)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(gè)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(gè)白色LED燈。每個(gè)白色LED燈使用一個(gè)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?zé)粝嗤?0Mcd/m2。而白色LED只有數(shù)Mcd/m2。為此，在封裝內(nèi)配備了4個(gè)約1mm見方的大尺寸藍(lán)色LED芯片，每個(gè)芯片可輸入2.5W(輸入電流為700mA)，整個(gè)LED前照燈LEDheadlamp封裝合計(jì)10W的電力。由此，得到了25Mcd/m2的亮度。

　　但是給每個(gè)芯片都提供大電力，發(fā)光效率會(huì)降低。與HID燈相比，雷克薩斯LS600h的前照燈實(shí)際工作時(shí)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(jìn)。具體做法是對配備的多個(gè)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(gè)燈上制作復(fù)雜的配光圖案時(shí)相比，降低了光損失。

　　小絲制作所還改進(jìn)了遠(yuǎn)光照射時(shí)的白色LED燈構(gòu)造。遠(yuǎn)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?zé)粝啾?，效率大幅提高。?shí)現(xiàn)了與“雷克薩斯LS460”采用高端HID燈作為前照燈時(shí)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(shí)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(jìn)了LED芯片，使其在接合溫度即使高達(dá)150℃時(shí)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(diǎn)亮?xí)r發(fā)熱而導(dǎo)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(shí)，連續(xù)點(diǎn)亮8000小時(shí)，亮度也不會(huì)降低。而其他公司的產(chǎn)品在點(diǎn)亮5000小時(shí)后，就會(huì)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(shè)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(fēng)扇來散熱的。但設(shè)置冷卻風(fēng)扇，會(huì)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(fēng)扇也可散熱。

　　LED投影儀

　　用R(紅色)，G(綠色)，B(藍(lán)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(huì)帶來許多優(yōu)點(diǎn)。例如壽命，一般情況下，UHP燈使用1萬小時(shí)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(diǎn)亮達(dá)到最高亮度，不使用汞等優(yōu)點(diǎn)。

　　采用LED光源的前投型投影儀的最大特點(diǎn)是投影儀尺寸小，而且可用電池驅(qū)動(dòng)。甚至還有明信片大小的產(chǎn)品。無需高電壓驅(qū)動(dòng)，電源電路和散熱構(gòu)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(jī)和手機(jī)等便攜產(chǎn)品中使用的產(chǎn)品等。能夠使用電池驅(qū)動(dòng)，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(wù)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(diǎn)

　　通過將光源由UHP燈改為LED而實(shí)現(xiàn)的投影儀共有五點(diǎn)特征。

　　微型投影儀今后要順利普及還需要解決幾個(gè)課題。在小型化，低功耗化和削減成本這三項(xiàng)技術(shù)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(kuò)散，方便進(jìn)一步縮小光學(xué)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(zhuǎn)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(jìn)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(huì)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(jié)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(huì)也在2009年7月公布了對日本國內(nèi)上市產(chǎn)品進(jìn)行的評測結(jié)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(dòng)等時(shí)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(diǎn)認(rèn)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(huì)的調(diào)查結(jié)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(jià)格競爭開始激化。點(diǎn)燃競爭導(dǎo)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(jià)設(shè)為原來的一半左右：相當(dāng)于40W白熾燈的產(chǎn)品約為3900日元，相當(dāng)于60W白熾燈的產(chǎn)品約為4000日元?！鞍谉霟裘?00日元的壽命為1000小時(shí)，所以將壽命為4萬小時(shí)的LED燈泡設(shè)定為4000日元”(夏普)。為使LED燈泡單位時(shí)間的價(jià)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(lǐng)域日本最大的廠商松下的行動(dòng)會(huì)落后于他人，該公司的解釋是“為使其長期耐用，在性能驗(yàn)證上花費(fèi)了時(shí)間”。松下預(yù)測2012年度日本國內(nèi)的LED燈泡市場規(guī)模會(huì)達(dá)到3000萬個(gè)，屆時(shí)該公司的銷量將瞄準(zhǔn)占市場份額50%的1500萬個(gè)。

　　LED燈泡價(jià)格迅速降低

　　東芝照明技術(shù)的產(chǎn)品價(jià)格走勢。相當(dāng)于60W白熾燈的射燈型產(chǎn)品的實(shí)際售價(jià)為9000日元左右。2009年3月上市了實(shí)際售價(jià)為8000日元左右的燈泡型產(chǎn)品，但4個(gè)月后為追隨夏普產(chǎn)品的價(jià)格，又推出了實(shí)際售價(jià)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(kuò)大價(jià)格競爭，是為了在這一市場上搶占先機(jī)。因?yàn)橐蚤L壽命為特點(diǎn)的LED照明產(chǎn)品在普及以后很難會(huì)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(guān)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(jī)EL等新一代照明開始受到關(guān)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(yīng)日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省等的要求，東芝照明技術(shù)于2010年3月原則上停止制造白熾燈。雖然有機(jī)EL照明因發(fā)光效率尚低，量產(chǎn)預(yù)計(jì)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(yù)為白熾燈最佳替代品的熒光燈。

　　推動(dòng)LED照明普及的是白色LED的技術(shù)進(jìn)步。目前，一個(gè)白色LED封裝的發(fā)光效率已經(jīng)實(shí)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(yù)計(jì)這一目標(biāo)將會(huì)在2012年前后實(shí)現(xiàn)，發(fā)光效率屆時(shí)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(jià)格問題，也會(huì)因“封裝好的LED價(jià)格將會(huì)以每年1～2成的比例下降”(LED封裝廠商)，數(shù)年后將不會(huì)再是大的障礙。2010年，預(yù)計(jì)其價(jià)格將下降到被看作是普及臨界點(diǎn)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。