1 LED的發展歷程

　　LED發展到如今已有近40多年的歷史。第一批商業化的LED出現于己于1968年，盡管多年以來LED一直受到顏色和發光效率的限制，但由于GaP和GaAsPLED具有長壽命、高可靠、工作電流小、可與TTL、CMOS數字電路兼容等許多優點，因而受到使用者的青瞇，開始進入包括宇航、飛機、汽車、工業應用、通信等多種應用領域，到1996年LED在全世界的銷售額已達到幾十億美元。

　　近十年來，LED材料和器件工藝技術研究的前沿課題一直是超高亮度化、全色化。所謂超高亮度LED（UHB）是指發光強度達到或超過100mcd的LED，又稱坎德拉（cd）級LED。由于利用A1GaInP和InGaN做發光層，超高亮度LED的研制進展十分迅速，并達到常規材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能達到的性能水平。1991年日本東芝公司和美國HP公司研制成InGaA1P（λ=620nm）橙色超高亮度LED，1992年InGaA1p（λ=590nm）黃色超高亮度LED實用化。同年，東芝公司研制InGaA1P（λ=573nm）黃綠色超高亮度LED，法向光強達2cd。1994年日本日亞公司研制成InGaN（λ=450nm）藍（綠）色超高亮度LED。

　　至此，彩色顯示所需的三基色紅、綠、藍以及橙、黃多種顏色的LED都達到了坎德拉級的發光強度，實現了超高亮度化、全色化，使發光管的戶外全色顯示成為現實。

　　通過技術改造、技術攻關、引進國外先進設備和部分關鍵技術，使我國LED的生產技術已向前跨進了一步。我國臺灣地區是世界LED及管芯的主要產地，年產LED約40億只，產品品種規格齊全，性能達到或接近世界先進水平，所生產的管芯也大量出口日本等國。

2 超高亮度LED的基本性能

　　2.1 各色超高亮度LED的基本特性

　　超高亮度紅A1GaAsLED具有更高的發光效率，透明襯底（TS）A1GaAsLED（640nm）的流明效率已接近10lm/w，比紅色GaAsP-GaPLED大10倍。超高亮度InGaAlPLED提供的顏色與GaAsP-GaPLED相同，包括：綠黃色（560nm）、淺綠黃色（570nm）、黃色（585nm）、淺黃（590nm）、橙色（605nm）、淺紅（625nm）、深紅（640nm）。InGaAlPLED吸收襯底（AS）的流明效率為101m/w，透明襯底（TS）為201m/w，在590－626nm的波長范圍內比GaAsP-GaPLED的流明效率要高10－20倍；在560－570的波長范圍內則比GaAsP-GaPLED高出2－4倍。超高亮度InGaNLED提供了蘭色光和綠色光，其波長范圍蘭色為450－480nm，蘭綠色為500nm，綠色為520nm；其流明效率為3－151m/w。

　　2.2 超高亮度LED與白熾燈的比較

　　目前，超高亮度LED的流明效率已超過了帶濾光片的白熾燈，某些品種發光亮度已高于1000mcd，可以取代功率1W以內的白熾燈，將LED組成陣列甚至可以取代功率150W以內的白熾燈。對于許多城市燈光系統應用，白熾燈都是采用濾光片來得到紅色、橙色、綠色和蘭色，而用超高亮度LED則可直接得到相同的顏色。近年用AlGaInP材料和InGaN材料制造的超高亮度LED將多個（紅、蘭、綠）超高亮度LED芯片組合在一起，不用濾光片就能得到包括紅、橙、黃、綠、藍在內的七彩色，其發光效率目前均已超過白熾燈，正向熒光燈接近。此外，用超高亮度LED組成的彩色大屏幕可以表現天空和海洋，實現三維動畫。

　　新一代紅、綠、藍超高亮度LED達到了前所未有的性能。最近，日本日亞公司利用其InGaN藍光LED和熒光技術，新推出了白光固體發光器件產品，其色溫為6500K，效率達每瓦7.5流明。超高亮度LED的問世及其產業化，為太陽能燈光系統增添了新的活力。

3 超高亮度LED在太陽能城市燈光系統中的應用

　　3.1 超高亮度LED燈泡的基本結構

　　應用于太陽能城市燈光系統，單個超高亮度LED發光管其產生的光線較暗、方向性太強，綜合視覺效果較差。因此，應用于太陽能城市燈光系統時，首先須將多個LED發光管集中于一起，加大其發光亮度與面積；其次，根據不同色彩LED發光管的性能差異，通過相關參數匹配優化設計，組合成直流12V、6V、4.8V及其它脈沖系列產品，典型直流LED高效節能燈泡主要技術參數見表1。

    最后根據使用場所的要求，設計出120°、90°、70°多種角度的反光板，放置在高透光率的塑料燈罩內（圖1），以改善LED的方向性過強而形成的光斑，同時在燈罩內表面設計有網格型的折射面，使LED發出的光線經多次反射與折射，最終達到LED高效節能燈泡各向發光均勻，并形成特殊的光學效果。

　　3.2 應用實例

　　目前，采用前文所述的LED高效節能燈泡的太陽能城市燈光系統，已在武漢、深圳、北京等地建立了示范工程，目前進一步在湖北武漢、鄂州、河南信陽、遼寧大連、江西萍鄉等地廣泛應用，得到了社會及消費者的認可。

　　以武漢市兩江四岸亮化工程為例，工程建設地點位于武漢市長江與漢水沿岸，屬于武漢市重點亮化區之一，要求燈光系統具有清潔環保、安全節能、堅固耐用、運行可靠、使用方式靈活、性能價格比高等。

　　因此，該系統采用1500盞LED高效節能燈泡勾勒樓群外廓。由于系統控制器具備豐富的彩燈變化方式控制程式，自動控制燈光選用單色、多色、閃光、追光、跳動、閃耀等多種變化，充分顯現了太陽能LED燈光系統強烈動感及流暢的視覺效果。同時，據測算該系統與普通燈光系統相比節電率為85%以上，全年耗電費用僅500多元，解決了我國許多亮化項目建成以后，常由于電費不足以致亮化景點不能全部亮、或不能長時間亮，從而影響城市亮化實際效果的難題。

　　此外，作為我國可再生能源應用示范城市的深圳，市府有關部門已決定：將全市70多個公園中的56個公園的燈光工程，應用或改造為太陽能城市燈光系統。

　　3.3 超高亮度LED在太陽能燈光系統中的實用化和商品化的意義

　　超高亮度LED在太陽能燈光系統中的實用化和商品化，使城市燈光技術面臨一場新的革命。盡管目前由多個超高亮度LED制成的這種新型燈泡的成本依然偏高，每只價格在20元左右，但LED高效節能燈泡不僅彩色絢麗，尤其是綠色環保、高效節能、安全。對于相同發光亮度的白熾燈來說，LED的功耗只占前者的10%－20%；白熾燈的壽命一般不超過2000小時，而LED的壽命長達10萬小時。這種體積小、重量輕、方向性好、節能、壽命長、耐各種惡劣條件的固體光源，應用于太陽能城市燈光系統及一些特殊場合如礦山、潛水、搶險、軍用裝置的裝飾照明等，其總體上還是合算的，并必將對傳統的光源市場造成沖擊。

4 結語

　　目前，超高亮度LED新型高效節能燈泡，雖然成本偏高，但已成功應用于太陽能城市燈光系統，并可用于其它一些特殊場合的照明等。隨著超高亮度LED生產規模擴大，成本進一步降低，其在節能和長壽命的優勢足以彌補其目前價格偏高的不足。超高亮度LED將成為一種很有競爭力的城市燈光系統的新型電光源。