1、功率型LED的发展状况

    LED（Light Emitting Diode）即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出各种颜色的光。随着半导体发光材料及其工艺的发展，LED的功率正越做越大，发光效率也在不断地提高。目前LED单颗芯片的尺寸已由以前的10×10mil2增大到40× 40 mil2及以上；通常人们把40× 40 mil2及以上的LED芯片称作功率型LED。当前可工业化生产的功率型LED的光效率已达到47 lm/W，到今年5、6月份，还将会有95 lm/W的白光LED上市，这将为LED照明领域的应用铺平了道路。

2、LED应用于照明领域的灯具效率分析
2.1、灯具效率（光输出系数）

    在日常生活中，人们所使用的光源大多接近全向辐射。全向辐射会使光能射向不需照射的区域，造成能量浪费或光污染。因此，为了让光源发出的光能能够得到尽可能多地利用而又不会产生眩光和光污染，保护光源安全可靠地工作，必须使用灯具对光源的辐射区域加以限制，在同样光功率的情况下尽可能的增加被照区域的辐照度。使用灯具同样会涉及到效率问题。为了衡量灯具利用能量效率的高低，人们用灯具输出的光能量与灯具内光源输出的光能量之间的比例来衡量其效率，叫做灯具效率(也叫光输出系数)。它是衡量灯具利用能量效率的重要指标。由于灯具的用途不同，其设计形式也存在较大地差异。不同形式的灯具其效率也存在较大地差异，一般在50～80%之间。效率高的灯具其光输出系数可达80%以上，光能能够得到较为充分的利用。效率低的灯具其光输出系数甚至不足25%，大部分的光能又转化为热能而白白浪费掉了。在照明和灯饰工程设计中，选择光输出系数高的灯具，在确保安全和不产生眩光的情况下可以起到节约能源的作用；如选择的灯具效率低下或有相当一部分光能射向空中，就会造成不必要的浪费。

2.2、高亮度点电光源灯具的光输出系数分析

    高亮度点电光源如高压钠灯、金卤灯等，其光效可达60～90 lm/W以上，但由于它们输出的光能过于集中且为全向辐射，在使用时如不对光源加以遮挡，会产生强烈的眩光。因此，这些光源在应用过程中必须用灯具来增加其被照区域的照度，减少光能损耗，防止产生眩光。这些光源的多数光能量在灯具中产生一次反射或二次反射，其能量会有一定的衰减。用于路灯和泛光灯时灯具效率较高，用于庭院灯时效率较低。上述点光源装入灯具后的实际光效约为30～70 lm/W左右。

2.3、节能灯在一些灯具中的光输出系数分析

    目前节能灯使用得较为广泛，其外形为管形，光效的典型值为60 lm/W。节能灯用于室内的普通照明和室外的一些草坪灯时，其光能能够得到最大限度地发挥；但用于庭院灯和筒灯时，光能的实际利用率较低。

    目前使用较为普遍的乳白色球泡庭院灯，是集照明与装饰为一体的灯具。由于其光能近似全向辐射，故实际射向地面的光能只有灯具输出光能量的50%。这种灯射向地面的总的光通量可按下式计算：
    Фg=Фl×δ×50%
    式中：Фg是灯具射向地面的总的光通量；Фl是光源总的光通量；δ是乳白色球泡灯具的透过率，一般为0.7；50%系数是因从灯具发出的全部光能中只有一半射向地面。

    若乳白色球泡灯具内使用一盏30W的节能灯，其总的光通量为30W×60lm/W = 1800lm；则射向地面的总的光通量为：
    Фg=1800×0.7×50%=630 lm

    由此可以看出，球泡灯理论上的光利用率只有35%。在实际应用中，由于球泡外表会受到灰尘的污染，内部往往又会受到昆虫的污染，因此δ值实际低于0.7。

    筒灯是室内使用较为普遍的一种灯具。它的安装高度较低。为了安全起见和防止产生眩光并考虑美学上的需求，光源大多嵌入在灯筒内。当节能灯用于筒灯时，大部分光能需经过二次或多次反射方能射出；这一过程中光能会有较大地衰减。立式筒灯的光效又低于卧式筒灯。因此，当节能灯安装于立式筒灯内使用时，灯具效率有时甚至不到25%，其节能效果并不明显。

2.4、LED照明灯具的光输出系数分析

    对于功率型LED而言，光能的辐射方向均为单向。LED在封装时，若在出光口装上不同折射角的透镜，射出的光束就具有不同的辐射角度。设计师可根据各类照明的特点，合理选择不同辐射角度的LED。

    当LED用于路灯时，可选择一组发射角为1400的大角度LED。安装时可将LED的光轴线向外倾斜300～450，这可使被照区域的照度变得更为均匀。LED发出的光无须使用任何灯罩进行反射，也无须使用任何光罩加以装饰。它的大部分光能均直接由光源射向地面。由于路灯灯具高度在3.5m以上，且单位面积内的光功率比白炽灯还低，故不足以产生眩光，无须使用任何光罩加以遮挡。因此，LED路灯灯具的效率可高达95%。如上面提到的乳白色球泡灯，用30W节能灯时射向地面的总光通量为630 lm，而采用45 lm/W的LED时只需14W，无须外罩，其节能效果是相当显著的。

    当LED用于筒灯时，可选择一组辐射角为600的小角度LED，安装时LED的光轴线与地面垂直。这种设计可使大部分光能能够直接射向被照区域，只有少量的光能经过一次反射后射出。因此LED用于筒灯时的灯具效率可达90%以上。

    除上面两种灯具外，LED在各种照明领域应用时，只要设计人员能够对功率型LED的性能有着充分的了解，就可以设计出具有很高光输出系数的各类灯具。

2.5、LED用于照明领域的优势所在

    LED用于照明领域具有一些特殊优势。首先，LED的光效已达47 lm/W，接近节能灯的典型值。在今年内就会有95 lm/W的功率型LED投放市场；它的问世，将使LED成为发光效率最高的光源之一。因此，用LED取代白炽灯和荧光灯等光源已不再有大的技术障碍，只是个时间问题。其次，功率型LED具有单向辐射特性。他所发出的大部分光能无须经过反射就可直接到达被照物体，从而使光能能够得到最大限度地发出，大幅度地提高了灯具的效率。三是因为LED的寿命超长，绿色环保。目前可采购到的功率型LED的平均无故障工作时间多在40000h以上；若每天工作11h，可用十年。它的废弃物几乎可以全部回收利用。这不仅节省能源，还节约了资源，保护了环境。而其他光源废弃后会对环境造成污染，特别是荧光灯废弃后，灯内的汞益出会对环境及水源造成严重污染。四是LED光源可做到无闪烁、无紫外线，热辐射极低，对人眼无任何危害。将LED用于室内照明或用于人们需长时间工作和学习场所的照明，可起到真正地护眼作用。五是美学上的需求。LED凭借其外形特点，在灯具设计上会给设计师们带来丰富地想象空间。它可集照明与色彩斑斓的夜景装饰于一体，使城市更为美丽，使城市的夜晚更加灿烂。

    LED凭借上述优良的特性，凭借国家对构建节约型社会的决心，凭借《国家中长期科学和技术发展规划纲要》（2006-2020年）中已将高效节能、长寿命的半导体照明产品列入优先主题，相信在若干年内，LED就会在照明领域得到广泛地应用。

3、使用LED灯具的投资收益对比

    在生活小区和城市次干道的路灯工程中，电缆、变压器及照明柜的费用占居了工程总投资的相当一部分。如在工程设计阶段就采用LED灯具，则不仅可以节省大量的电缆费用，还可节省电力变压器的容量并酌情节省照明配电柜。因此，就工程总投资而言，采用LED路灯时总投资并无明显增加。用LED路灯替代小区及道路原有的照明灯具，虽然灯具的投资费用有所增加，但由于它能耗很低，寿命长达40000h以上，基本做到了免维护，因此它的运营费用与其他光源相比显得相当的低廉。以前面介绍的乳白色球泡灯为例，球泡内分别装上30W节能灯或100W白炽灯。它们射向地面的光通量与14W的LED灯相当，使用这三种光源的经济性见《节电效果及用户使用的经济分析》表 。

    从表中可以看出，使用LED庭院灯可节省相当的运营费用。使用单位在灯具上增加的投资，一般在2～3年的时间内就可从节约的运营费用中得以收回。

    生活小区和城市次干道的路灯若采用LED灯，不论是新建时采用还是原有灯具的改造，都会从低成本的运营费用中得到良好的投资回报。

结束语

    随着LED芯片制造技术的发展，它的亮度还会不断地提高，价格也会不断地下降；而这又会促使功率型LED步入千家万户，成为本世纪的主导光源。在照明和灯饰领域推广和普及使用LED，将为节约我国宝贵的资源，保护我们脆弱的环境，发挥出巨大地作用。我们真诚地希望社会各届关注国内LED产业的发展，也希望各地政府建设部门，政府采购部门，工程设计部门改变墨守成规的观念，积极推动LED在照明领域的应用，使我国的半导体照明产业能够跟上发达国家前进的步伐。