LED应用：历史回顾与前景展望

一、缘起

目前风起云涌的LED应用潮流缘起于十年前的一次政策性行为。那次行为播下的种子在十年后的今天遍地开花，满园硕果的收获季节也已经为期不远。

事由：1998年初春，公安部的一纸电文飞往各省公安厅。其核心内容是要求从1998年6月30日起，在高速公路上行驶的汽车都应该加装防雾灯。一是激起千层浪，由此引发了电子材料科学的一场革命性变革，市场、能源、科研、环保、材料、系统工程无不呼唤实用、适用的超高亮度发光二级管替代原先的常规照明部件。

历史事件：中国是一个亚热带海洋性湿润气候的国家，独特的气象特征对我国的交通现状影响极大。雨雾天气情况下，高速公路上追尾咬车的情况屡屡发生，有时追尾咬车数量多达近百部。鉴于当时的这种交通现状，公安部有关部门在广泛取证、论证的基础上，推出了加装汽车防雾灯的政策。 　

汽车防雾灯：1998年，按照公安部的技术要求，汽车光源在距离光像面1.5米远的地方射出一个光像，光像呈菱形，在光像菱形图案中设定A、B、C、D、E、F共计6个测光点，这6个测光点的光强指标要求大于150cd、小于300cd。对于菱形图案可以通过发光管的排列方式及透镜协调来完成，而在十年前这几乎是一个不可逾越的技术屏障。但是每个省份平均过亿元的工程量，对于雄心勃勃的企业家来说，诱惑力太大了。于是器件生产商、灯具厂家都拿出了前所未有的热情，投入到这场前所未有的灯具变革活动之中，技术投入、资金投入、人力投入的规模在照明史上可谓前无古人。终于，在每个企业投入数百万乃至上千万元的经费之后，有12家单位率先通过公安部科研所的测试。后来，这些单位又分别通过了公安部的科学化管理的考评。一场轰轰烈烈的汽车防雾灯加装活动开始了，国内外几乎所有的LED厂家都为之震撼，LED的应用前景拉开了光辉的一幕。

二、艰辛之路 　

当年的汽车防雾灯用现在的技术眼光来看，无疑是不成熟的。因为功耗大，热量高，衰减快。于是器件厂家与整机厂家踏上了十年的艰辛科研之路。十年来，他们经历过成千上万次的实验，一次次摔倒、再一次次爬起，这是爱迪生追寻光明的文化思想在新时代的接力和传承。 　

现状：十年磨一剑，LED终于光彩夺目地进入到社会各行各业的应用领域。在家电、民用、军工、科研、航空、航天等领域，LED的应用无处不见。

三、LED的技术与应用 　

（一）技术杂谈 　

LED发光管是二极管家族中的一员，因此发光管同样遵循伏安特性曲线方程的约束。发光管也具有正向电阻、反向电阻、偏置电压、工作电流、最大电流、饱和压降、反向击穿电压等指标。目前的超亮发光管工作电压为3.2~3.4V，工作电流为10~20mA，以12~16mA为最佳值，在这个工作区域内，超亮发光管的寿命可达10万小时，以每天工作10小时计算，一年约工作3600小时，十年约工作3万6千小时，这样，发光管每天如果工作10小时，约工作30年后，寿命才结束，这个指标，其它灯具无论如何也做不到。而这对于一个国家，无论在材料节省、能源节约或环保等方面都具有重要的现实意义和深远的历史意义。从某一角度来看，超亮发光管的研发和应用，甚至可以看成是一个城市、一个国家从出卖资源、出卖劳动力，到依靠高科技来发展生产力、调整生产关系。　

高素质的发光管从芯片构造到形成器件产品要涉及几十道工序。其中重要的是分子构造；如三元素构造与四元素构造，支架结构；如回流构造与不回流构造；发光成像角度；如远程15°角，中程45°角，散光110°角。发光颜色目前有：红、蓝、绿、黄、紫、橙、白等颜色。发光管的发光相对比较接近于物理学中三棱镜分解出来的光谱，它与其它灯具依靠涂料产生色光是本质不同的两回事。企业中，一般用自动分光仪实现对产品颜色一致性的管理。在封装结构上，发光管有普通三厘、五厘封装及贴片封装这几种样式；在功率上，有小功率如15mA、3.2V型的，也有3V、300mA型的，300mA型的一般要外接散热片。其它中功率LED产品也已接近面市。 　

（二）LED应用领域

（1）电话指示灯

对于没有夜光功能的电话机，可以增加一个超亮发光管作电话机键盘指示灯。电路如图2-1-1。
 

 

（2）可充电型台灯 　

首先指出，这是一个能给企业带来上亿元产值的产品。它具有低耗能、低热量、无污染、可移动、高效、长寿等优点，可作为移动光源在学生看书学习时使用。电路见图2-2-1，其中发光管数量根据需要的亮度来设定。
 

 

（3）LED大型显示屏

由LED组成广告的灯光或商品的名称，如果再由单片机来提供编程控制，它的排列组合可以千变万化。用LED制作广告屏，国家已有政策支持，这一项产品的商机和产值巨大，很难实际估算。 　

（4）太阳能LED灯 　

在很多发达国家的城镇乡村，这种产品的应用随处可见。在中国，这项产品的普及还需三五年。它的商机存在于广大城镇乡村之中。 　

（5）航海航标灯光
中功率远程LED灯的问世，为航海航标显示提供了新工具。图2-5-1是采用LED作发光器件的灯光控制电路。其中LED由受单片机控制的固态继电器提供开关信号。
 

 

表1 LED节能灯与常规荧光节能灯功率、照度比较 　
 

功率品名

实际照度（cd/m2）
 

1W LED灯

0.38×105
 

5W常规节能灯

0.3×105
 

1.5W LED灯

0.75×105
 

7W常规节能灯

0.57×105
 

3W LED灯

1.8×105
 

11W常规节能灯

0.73×105
 

5W LED灯

2.9×105
 

13W常规节能灯

0.78×105

 

（6）家用、商用照明灯 　

这是一项具有无限商机的产品，国家对推广、应用此类产品也已有政策倾斜。目前市面可见的产品有红、绿、黄、蓝、白各种颜色的照明灯，功率从1瓦至几十瓦不等。它的用户主要是那些耗电量极大的单位，如宾馆、超市、洒店、学校、工厂、科研部门以及一些机关、事业单位。这种产品的主要特点是超高亮度、低功耗、射程远，基本没有热量，无辐射、无污染、长寿。在电路运用技术上它能与固态继电器、单片机配合工作。表1对于LED节能灯与常规荧光节能灯在耗电与照度方面提供比较，从中可以观察节能效果。 　

在表1中，以1.5W灯为例，LED灯照度为0.75×105cd/m2，7W的荧光节能灯照度为0.57×105cd/m2，把这个电学指标转换成经济学指标，也就是说，假定一个单位原来每月上缴7万元电费，那么现在只须上缴1.5万元。使用一年后，LED灯继续工作，而常规节能灯都要重新更换。并且LED在工作过程基本不发热、不产生电磁辐射。基于LED灯的不发热及照射角度可预定，因此建议医院的手术科室应研究此项产品的应用。 　

家庭中如果能拿出几百元的投资，那么应用LED灯作为照明灯具也是观念更新的表现。家庭中以三室二厅120平方米居室来说，客厅中可以安排两盏5W灯。平时只开一盏灯，客人来访时再开另一盏，这样比客厅中原来的40W日光灯要节约得多。其它三个卧室及餐厅分别装上3W灯各一盏，卫生间、阳台装1W或1.5W灯，台灯用1W或1.5W，这样总耗电在30W以内。不难算出每月每个家庭可节约多少能源，整个国家每年又节约了多少能源.

四、未来发展前景 　

随着纳米技术的日趋成熟，纳米产品走向市场已是呼之欲出，将纳米技术运用在发光领域，再加上计算机的控制作用和生物电子技术的运用，一个多姿多彩的世界将进入你、我、他的生活。