摘 要：为探索城市照明的发展和创新，城市道路照明专业委员会开展对照明领域新技术新材料的交流，必将进一步推动我国城市照明行业新的一轮技术革新，在中国城市照明领域产生重大而深远的影响。LED照明是未来取代传统光源的理想选择之一，也是目前国际国内研究的热点，本文主要介绍LED产业和LED照明的现状及未来发展趋势，如有不完善的地方，欢迎大家多提宝贵建议。
关键词：城市照明 LED产业 存在不足 照明现状 未来发展趋势
1962年，通用电气公司的尼克？何伦亚克开发出第一种实际应用的可见光发光二极管，当时其发光颜色为红色，亮度只有0.1lm/w;1996年，日本日亚化学工业株式会社推出白色LED;1999年，其光效达到了15lm/w;2000年，美国的最新LED光效已达40lm/w;2008年，LED亮度已达到90-100lm/w;在今天，经过40多年的发展，LED已为大家熟知，红、橙、黄、绿、蓝等多种色光技术成熟，LED的亮度由开始的0.1lm/w提高到160lm/w的实验数据，亮度达到100-120lm/w的LED也已经开始批量生产。根据统计，从1999年起，LED亮度以每年20%速度提高，且呈逐年递增趋势；LED的价格却以每年20%速度下降，预计未来2-3年内，LED可在商用及民用领域大规模应用。
毫无疑问，由于LED本身所具有的众多优点，我们认为LED照明的前景是非常美好的，尤其是应用在道路照明领域，但目前影响LED道路照明应用的因素也有很多，首先，产品设计没有标准，产品种类繁多，价格差异巨大，使客户无从选择。其次，工程设计施工没有规范，防护性能、连接件、驱动控制技术不过关，导致产品在实际使用中寿命没有达到预期要求。对于LED在路灯方面的研发方向，在业内也没有完全达成一致，目前主要有以下几个方面：高效率的直流供电源尚不成熟，低效率的供电系统使得LED节能水平大打折扣。另外，LED平面型光源会出现点状光斑以及混色不均匀现象，也是阻碍LED在照明中发展的因素。同时，LED的寿命可否实现应用到市场的关键问题，35,000小时是基本要求，必须在1,000小时之内没有衰减才有机会达到；若通过1,000小时的关卡，结温愈高，衰减愈快，寿命就愈低；因此要做到结温60℃以下，才有机会将使用寿命拉长。另一方面，消费性电子产品的使用环境，通常温度在0℃50℃或60℃，然而灯具系统则要求在-30℃60℃，此为合理的工业标准。而且散热必须要有特别的方法才行。除了温度以外，湿度也是另一个问题，如果使用塑料封装是否可以挡住湿气？若是暴晒在阳光之下，又是否能够挡住紫外线？这都是需要业内给出答案的问题。
一、LED产业在中国的现状
经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了较为完整的产业链。中国LED产业在经历了买器件、买芯片、买外延片之路后，目前已经实现了自主生产外延片和芯片。目前，我国具有一定封装规模的企业约600家，各种大大小小封装企业已超过1000家，目前国内LED器件封装能力约600亿只/年，在2003年我国政府就成立了中国半导体照明工作小组，说明了政府对于LED在照明领域的发展寄予厚望，LED作为光源进入照明市场成为日后产业发展的核心。
虽然在上游核心技术、重大装备及应用集成等方面取得一些突破进展，但是我国半导体照明技术上的主要差距表现在外延材料生长、大功率芯片制作、白光LED制造，特别是核心装备与原材料依赖进口等方面。我国在这些方面投入了很多研发力量，并取得了一定成果。
二、中国政府对LED产业的重视
我国早在2003年就成立了跨部委的国家半导体照明协调领导小组，启动了“国家半导体照明工程”.国家“863”计划对有关企业及研究机构还投入了相应的资金，以支持基础研究和技术研发，在建立了深圳、上海、大连、南昌和厦门等五个半导体照明产业化基地之后，又新建了石家庄、扬州基地，启动了一批示范工程。随着我国政府相继出台的政策措施，有力地推动了LED产业的发展。同时，政府大力推广LED路灯，不但为LED产业的发展提供了良好的发展平台，也表现出政府对节能减排的坚定决心。
2007年8月，国家半导体照明工程研发及产业联盟标准化协调推进工作组正式成立，目的是加快标准协调推进工作，建立标准体系，使我国半导体照明新兴产业走上了一条具有国际竞争力的光明之路。为了促进我国半导体照明产业上下游、产学研合作，加快我国半导体照明专利战略的建立，国家半导体照明研发及产业联盟专利池工作组于2008年6月底完成收集入池专利收集工作。根据“谁参与谁受益，不参与难受益”的原则，由国家资助项目中申请的专利自愿提供，以及适当考虑对外购买等形式；其次是绘制专利地图，建立我国的半导体照明专利战略，专利池的建设有助于搭建标准的产业无缝衔接的平台，为国内企业带来国际竞争优势。
三、世界各国对LED给予的关注
面对半导体照明的巨大商机和发展前景，世界各国纷纷加紧立法，鼓励使用节能型光源。欧盟、加拿大、澳大利亚和美国等分别将从2009、2010和2020年开始禁用白炽灯泡。同时，许多国家和地区纷纷制定发展计划，带动了研发、投资力度的不断加大，推动了半导体照明产业的快速发展，下面让我们一起来了解以下当今世界最发达的三大经济体的LED发展计划。
1.日本
日本是世界上最早启动半导体照明计划的国家，“21世纪光计划”于1998年开始，整个计划的财政预算为60亿日元。该计划由日本“新能源和新兴工业技术开发组织”与日本金属研究开发中心联合执行，共有13家公司和4所大学参与该计划。第一期目标在2004年已经结束，目前正在实施第二期计划。
2.美国
美国2000年启动“国家半导体照明研究计划”.该计划由能源部资助，国防先进研究计划总署和光电工业发展协会联合执行，共有12个国家重点实验室、公司和大学参与其中。2005年8月美国布什政府又批准新的能源政策法案，从2007年到2013财政每年支持5000万美元用于半导体照明计划的技术研发，并计划2010年进入日光灯市场。
3.欧盟
欧盟于2000年7月，设立“彩虹计划”,成立执行研究总署，通过欧盟的补助金推广白光LED的应用，委托6家大公司和2所大学执行。2004年7月，
“彩虹”计划的后续固态照明研究项目已经正式启动，目前实施情况良好。
四、LED照明在我国发展的优势
我们认为LED产业在国内有良好的发展前景，基于以下几点：
1.就技术而言，LED具有技术成长瓶颈高，学习门坎低特性，国内在半导体领域长期积累的研究资源都可以用得上，具备较好的研究基础。尽管国内集成电路制造基础比较薄弱，工艺水平比较低，但国内一些企业通过聘请海外技术人员加盟，在技术上不断取得突破，国内好的企业技术水平已经与台湾的技术相差不大，与国家的整体差距也在不断拉近。
2.LED的投资额比较小，初始投资1亿就可建厂，国内企业进入门槛低，容易实现滚动发展，这与集成电路制造及液晶面板制造动辄几十亿到上百亿人民币的投资而言显得“微不足道”,国内企业容易进入形成产业集群。
3.国内一些企业拥有核心知识产权，如晶能光电的硅衬底氮化镓蓝光项目，大连路美的芯片领域核心技术，都具有全球竞争力，这些企业在技术发展上容易形成示范效应，促进国内企业市场健康成长。此外，技术成熟后，LED下游封装和器件生产属于劳动密集型，大陆具备发展的劳动力成本优势。
4.我国具有丰富的有色金属资源，镓、铟储量丰富，占世界储量的70%-80%,这使我国发展半导体照明产业具有资源上的优势。
5.LED显示屏以其易拼装、低功耗、高亮度等优点已经广泛应用到银行、证券、广场、车站、体育场馆中，未来这一市场仍有很大增长潜力；LED照明在奥运会、世博会、一些城市夜景工程示范效应的带动以及国家半导体照明工程等众多有利因素的促进下，建筑照明市场依然前景广阔。
6.“十一五”规划指出，由于我国土地、谈水、能源、矿产资源和环境状况对经济发展已构成严重制约，必须加快转变经济增长方式，促进经济发展与人口、资源、环境相协调，实现可持续发展。节约能源已经成为我国的一项基本国策。
五、LED照明目前存在的不足
LED在照明普及应用方面存在的技术性问题：
一是光通量有待进一步提高。采用LED作为照明光源，必须可以发出更多的光，必须具有更高的能量效率，但是能量提高的同时LED芯片的发热量也会提高，如果用LED来提供照明的方式得到应用的话，可以使能源消耗量减少25%-50%.但是当需要12000流明（一只典型的60瓦家用灯泡是800流明）或以上的照明时，发热和其它与电相关的问题将成为制约LED技术的障碍，如何减少紧密压缩在一起的一组LED所产生的热量是目前需要解决的技术问题。
二是LED发出的光与自然光仍有一定的差距。白炽灯具有非常强的黄色光的成分，给人一种温暖的感觉。而白光LED发出的白光带有蓝色光的成分，在这种光的照明下，人们的视觉不很自然。
三是价格较高。这是影响LED照明普及的主要原因。但是，近年来出于晶片技术的改良，制造成本正在急剧下降，近三年来LED的价格下降了近50%,其正朝着高效率、低成本的方向发展，这为LED在照明领域的应用提供了有利条件。此外，较好的性价比也可以弥补成本价格方面的不足。
LED照明应用要加速普及，短期内仍有来自技术、标准和商业模式等层面的问题须克服。技术方面，包括散热、色彩、系统可靠度和效率提升问题，仍有待厂商持续改善。这次会议是全国城市道路照明专业委员会第十一届二次理事会，那么我们不妨简单的讨论一下LED路灯，以生产厂家的角度冷静的分析LED路灯目前的技术现状。
1、关于能效分析
应按照达到相同照度水平，接近的照明质量标准的前提下比较两者的照明安装功率。由于高压钠灯大功率灯管光效高，可达130~140lm/W,而小功率灯管光效约为80~100lm/W,而现用大功率LED路灯多用1WLED管，其光效都差不多，所以宜分别对大功率路灯与小功率路灯作分析。
（1）大功率路灯：高压钠灯光效高，考虑镇流器损耗，灯具效率以及光效利用率等三个因素，则钠灯的光效约为130~140lm/W;而LED路灯的光效，目前在美国约为100~118lm/W,国内最好的企业已达80~90lm/W.因此，对大功率路灯，目前LED比钠灯的能效要低一些。
（2） 小功率路灯。钠灯的有效光效约为45~55lm/W,而LED仍按56~58lm/W计，则LED比钠灯可实现节能10%~20%,最高可达30%.
从上分析，可知用于支路的小功率时，LED路灯比钠灯可节能达10%~30%,而大功率仍比不上钠灯的能效。所以，那些笼统宣称LED路灯比高压钠灯节能，甚至可节能50%、60%等说法，显然有夸大和炒作之嫌。我们应坚持科学的分析，实事求是的原则，否则容易误导使用者和广大群众。
2、光源光色对道路照明效果的分析
高压钠灯的相关色温为2100K左右，属暖色温，其显色指数（Ra）只有23~25,显色性低；而LED路灯现在使用的色温多大于5300K,属冷色温，较好的产品，其Ra可达70~80,显色性好。
作为机动车行驶的快速道、主干道，偏黄色光的钠灯，对看清前方90~160m左右距离路面状况，效果比白色光略优，特别是对有雾、多尘的空气条件下，钠灯较有优势。
对于人行道、商业步行街、居住小区等道路，LED的显色性优于钠灯，分辨人的状况更清晰，较有优势。
3、经济性分析、对比
高压钠灯具，每套约为1200~1500元；目前LED路灯，按功率大小不同，价格相差较大，大约在4000~8000元左右。就现状而言，LED路灯明显
太贵，价高达3~5倍之巨。小于150W的LED可以节能10%~30%,每年每灯节电约50~150KWh,根本无法回收多花费的购灯费用。只能期望在未来若干年，LED发展趋势看其价格会逐步下降，能效进一步提高，再比较其经济性能。
4、使用寿命分析、比较
使用寿命应立足于整灯寿命。高压钠灯包括光源、电器附件（主要是镇流器、触发器）和灯具，钠灯用于路灯平均寿命3~5年，节能型电感镇流器不会低于20年，灯具也是如此。而LED路灯的使用寿命暂无使用经验，现有的企业号称5万、6万小时，尚无可靠依据。美国能源之星制订的要求，分为不低于35000h和25000h两档，主要是LED芯片寿命很长，却与封装后的温度、散热等诸多因素关系极大，另外还有驱动电路装置的电子元器件寿命问题，如电容器往往只有8000h至10000h.所以整体说，LED路灯使用寿命不能和高压钠灯比拟。
5、维持性能比较
以城市路灯管理部门为代表的用户，更关心路灯的维护性能。按分析，钠灯的维护性能好，灯具只要擦洗，不必更换，镇流器很少更换，光源3~5年更换一次，也很方便。而LED路灯、涉及LED管、模组、电源装置等，发生元器件、组件损坏的可能性较大，维修更换也有困难，很可能要整体更换，费用较高，还有待今后解决。LED路灯还没有标准可循，对招标、订购、使用、维护都不利。
综上所述，我们认为LED路灯是近年来出现的新事物，随着LED产业的发展必将会有更大的发展，前景广阔。但目前应用现状，还存在不少问题，尽管有少数从事LED路灯研究、开发和生产企业、做出了很大努力，解决了一些技术难题，推动了该产品的前进，他们不愧为行业的精英；但从整体说，LED路灯产品的水平、质量、参差不齐、差异甚大，尚无标准予以规范，有的急功近利，产品能效不高，散热问题没有处理好，光衰很大，使用寿命不长，没有合理的灯具配光，由于LED的发光方向性很强，一盏150WLED路灯须有数十颗或上百颗的LED光源组成，要达到道路照明灯具具有的蝙蝠翼型配光曲线的特性，有待进一步研发，因此，目前还不能完全达到推广使用要求。我们希望，科研、教学、设计单位，使用单位和生产企业共同努力，致力于解决各种技术难题，提高产品水平，制订和完善一系列的标准，为推广应用作好各项准备。在推广应用上，应坚持循序渐进，从试点开始，总结经验，不断改进；应从小功率LED路灯应用于支路、小区道路开始，再发展到干道，大功率路灯，逐步推进。
六、LED已应用领域简介
国际上现阶段LED主要用于背光源、汽车及信息显示部分。国内LED较为成熟的应用领域包括建筑景观照明、大屏幕显示、交通信号灯、家电数码显示与指示灯、汽车灯、特种照明灯、手机、数码相机、电脑、电视机的中小尺寸背光等。
近几年，模块化LED显示屏在全球范围内都得到了非常广泛的应用，其超高的显示亮度、灵活的搭配方式得到了绝大多数人士的认可，已经成为户外显示设备的主力品种，并且在活动、演出、展览展示等行业得到了广泛的应用。北京奥运会开幕式上的“梦幻五环”、“水立方”让世人记忆优新。同时，由于LED光源具有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强，有利于环保等特性，近几年来在城市夜间景观照明中得到了广泛的应用。目前已应用于数码幻彩、护栏照明、建筑照明、庭院照明、投光照明、水下照明系列。许多城市利用LED光源照明技术应用于城市夜间灯光环境建设中，产生了良好的效果，积累了丰富的经验，如广州电力大厦、广州鹤洞大桥、广州工商行大厦、珠海迎宾南路灯光工程、东莞中心城区灯光工程、郑州河南医科大立交桥、上海延安路灯光工程、湖南常德市丹阳天桥、南通市通讯塔灯光工程等。
2008年，纽约市已准备好迎接一个新的时代，他们已经拆掉了沿用了半个多世纪的老路灯，取而代之的是亮度更大、更节能、寿命更长的发光二极管灯具。每个灯头拥有100多个LED,能发出统一的亮度，并且根据不同的区域部署了三种风格：公园、街头、建筑间。LED相比之前的高压钠灯泡减少了30%的能源消耗，并且夹具型的模块化设计可以方便地更换元件，到明年，这个不夜城的所有灯具都将LED化。
七、LED照明未来的发展方向
目前，半导体照明发光效率高于白炽灯，且正以更快的速度拓展其多种应用范围，大尺寸液晶电视背光源、汽车、商业和工业用照明都已逐步成为LED主要应用领域。预计2010年，LED还将超过荧光灯，进入普通照明领域，节能效果将更加显著。
目前在半导体照明的应用方面，正逐渐开始向功能性照明方面应用。市场不断扩大，从特殊照明向普通照明延伸。道路照明、隧道照明等室外照明市场将随着LED光效的提高与价格的下降而大面积应用，农业、军事、航空等新的应用领域也将逐步开发出来。随着能源紧缺问题越来越突出，LED的重要性和市场空间更加显著。
据了解，2010年的上海世博会将成为新一轮城市基础设施和运动场馆建造和更新的中心。上海将LED主导性的作为一种新“绿色”光源在工程实施上进行了大力的推广，这会是LED照明实现跨越式发展的梯次转移。此外，上海政府还制定了促进LED照明产业发展与应用的相关政策和措施。LED照明被列为“特殊的技术博览会”,把注意力集中在焦点上，大力支持LED照明在世界博览会的广泛应用。2010年的世博会将成为中国LED照明产业的一个重大转折点。
