LED的实际应用

　　LED的前照灯

指采用白色LED的汽车前照灯。丰田在2007年5月17日发布的最高级混合动力车“雷克萨斯LS600h”上全球首次配备了白色发光二极管(LED)前照灯。寿命长达1万小时，点亮所需时间不超过0.1秒。功耗比HID灯的普及产品要低，与HID灯高端产品相当，今后如进一步改进，功耗预计会更低。

　　提高亮度，降低功耗

　　白色LED技术进步显著，目前已经有超过荧光灯和HID灯，发光效率达到100lm/W的产品面世。单个白色LED的光通量达到100lm以上的产品也不断涌现，在照明领域的应用正在加速推进。雷克萨斯LS600h的汽车前照灯采用了5个光通量为400lm的白色LED，实现了辅灯(LowBeam)所必须的亮度。产品由小丝制作所开发。

　　辅灯使用5个白色LED

　　由小丝制作所开发，配备在丰田汽车的“雷克萨斯LS600h”上的前照灯，面向辅灯使用了5个白色LED灯。每个白色LED灯使用一个白色LED模块。

　　开发过程中碰到了确保亮度，降低功耗以及需采取发热对策等课题。亮度至少需要与卤素灯相同的20Mcd/m2。而白色LED只有数Mcd/m2。为此，在封装内配备了4个约1mm见方的大尺寸蓝色LED芯片，每个芯片可输入2.5W(输入电流为700mA)，整个LED前照灯LEDheadlamp封装合计10W的电力。由此，得到了25Mcd/m2的亮度。

　　但是给每个芯片都提供大电力，发光效率会降低。与HID灯相比，雷克萨斯LS600h的前照灯实际工作时的发光效率仅为40lm/W，这意味着功耗较大。为此小丝制作所对光的有效利用做了改进。具体做法是对配备的多个白色LED灯分别给予各不相同的配光特性，制成配光图案。与在一个灯上制作复杂的配光图案时相比，降低了光损失。

　　小丝制作所还改进了远光照射时的白色LED灯构造。远光灯需要照射水平线下方的配光图案。原来的方法是遮光形成图案，而此次利用名为“光束整形器”的镜子，使射向水平线以上的光线改变方向。通过上述措施，可将白色LED发出的全光通量的半数以上提供给前照灯。与只能提取全光通量1/3左右的HID灯和卤素灯相比，效率大幅提高。实现了与“雷克萨斯LS460”采用高端HID灯作为前照灯时相同的功耗。<

　　存在发热课题

　　为确保寿命，小丝制作所还悉心研究了发热对策。此次的LED前照灯模块必须安装在与LS460使用HID灯时相同的空间内，所以需要在限定的形状内采取发热对策。因此，首先改进了LED芯片，使其在接合温度即使高达150℃时也能使用。

　　其次，芯片上方封装的材料使用了玻璃，从而抑制了LED点亮时发热而导致的劣化。这种玻璃材料比通常用于封装材料的环氧树脂和硅树脂要难以劣化，即使在接合温度为115℃时，连续点亮8000小时，亮度也不会降低。而其他公司的产品在点亮5000小时后，就会发生10%以上的劣化。

　　另外，为了散发白色LED发出的热量，在灯的外壳上设置了散热片和散热管。在LED前照灯的试制品中，很多都是利用散热片和冷却风扇来散热的。但设置冷却风扇，会增大前照灯模块的体积。为此，此次采用了内部装有纯净水的散热管，使得不使用冷却风扇也可散热。

　　LED投影仪

　　用R(红色)，G(绿色)，B(蓝色)LED，或白色LED作为光源的投影仪。通过采用LED取代原来的光源——高压汞灯(UHP)会带来许多优点。例如寿命，一般情况下，UHP灯使用1万小时左右便需更换，而LED寿命则高出其一倍以上。此外，还具有可瞬间点亮达到最高亮度，不使用汞等优点。

　　采用LED光源的前投型投影仪的最大特点是投影仪尺寸小，而且可用电池驱动。甚至还有明信片大小的产品。无需高电压驱动，电源电路和散热构造简单，还省去了以前用来将光源的白色光分离为RGB三色的色轮等。目前，各公司都在积极开发，例如推出了采用单板透射型液晶面板的产品和采用DMD等反射型显示元件的产品等。

　　LED投影仪有多种形态，从方便携带的超小型产品到可嵌入笔记本电脑，数码相机和手机等便携产品中使用的产品等。能够使用电池驱动，尺寸仅为放入衣服口袋大小的外置型投影仪具有可与便携式媒体播放器连接，在大屏幕上投射影像以便于多人观看的娱乐用途，接入笔记本电脑以用来介绍策划案的商务用途等。这种小型投影仪被称为“微型投影仪”。

　　LED光源的主要特点

　　通过将光源由UHP灯改为LED而实现的投影仪共有五点特征。

　　微型投影仪今后要顺利普及还需要解决几个课题。在小型化，低功耗化和削减成本这三项技术课题中，小型化的王牌是激光光源。与目前的主流LED相比，激光射出的光不容易扩散，方便进一步缩小光学系统的尺寸。

　　荧光灯型LED

　　旨在取代荧光灯的直线形LED照明器具。许多新涉足LED照明市场的企业都上市了荧光灯型产品。荧光灯型LED照明器具依其安装方法可分为3种，分别为(1)卸下原有的镇流器及逆变器，置换为专用转换器的款式;(2)取下原有的镇流器及逆变器，直接连线的款式;(3)无需取下原有的镇流器及逆变器，直接安装使用的款式。

　　(1)和(2)需要拥有专业资格的人员进行电气施工。(2)中，逆变器内置在直管内的发光部的背面。(3)虽无需施工即可轻松安装，但由于镇流器和逆变器会造成电力损失，因此综合效率不佳。

　　在节能方面，荧光灯型LED的综合效率还不及HF型荧光灯。美国能源部(DepartmentofEnergy，DOE)根据CALiPER(commerciallyavailableLEDproductevaluationandreporting)这一产品评测程序评测了LED照明产品的性能，得出的结论是“性能尚不足以作为代替荧光灯的产品”。日本灯泡工业会也在2009年7月公布了对日本国内上市产品进行的评测结果。表示就节能性能来说，荧光灯型LED还无法看作是可代替荧光灯的光源。在安全性方面，荧光灯型LED的重量超过了JIS的容许范围，因此存在受到冲击和振动等时的脱落之忧。然而即使荧光灯型LED在效率和质量方面还不能取代荧光灯，但存在便利使用的需求，因此有观点认为该产品能够在市场上占据一席之地。

　　取代荧光灯的直管型LED照明器具与荧光灯的比较

　　日本灯泡工业会的调查结果显示，在综合效率方面有接近HF型荧光灯的LED，但也有综合效率非常低的LED产品。从整体来看，重量要比荧光灯重，还有超过了JIS所规定的500g的产品。

　　LED灯泡

　　使用LED作为光源的白炽灯型照明器具。与白炽灯和灯泡型荧光灯一样，可安装在E26及E17等交流供电的灯口上使用。

　　2009年上半年，许多厂商发布了灯泡型LED照明产品，LED灯泡的价格竞争开始激化。点燃竞争导火索的是夏普。该公司2009年6月发布的新产品，将厂商售价设为原来的一半左右：相当于40W白炽灯的产品约为3900日元，相当于60W白炽灯的产品约为4000日元。“白炽灯每100日元的寿命为1000小时，所以将寿命为4万小时的LED灯泡设定为4000日元”(夏普)。为使LED灯泡单位时间的价格与白炽灯相同，夏普削减了LED、电源部件和材料的成本。

　　2009年9月，松下才发布了LED灯泡。对于为何照明领域日本最大的厂商松下的行动会落后于他人，该公司的解释是“为使其长期耐用，在性能验证上花费了时间”。松下预测2012年度日本国内的LED灯泡市场规模会达到3000万个，届时该公司的销量将瞄准占市场份额50%的1500万个。

　　LED灯泡价格迅速降低

　　东芝照明技术的产品价格走势。相当于60W白炽灯的射灯型产品的实际售价为9000日元左右。2009年3月上市了实际售价为8000日元左右的灯泡型产品，但4个月后为追随夏普产品的价格，又推出了实际售价不到4000日元的产品。

　　照明厂商之所以虽在LED灯泡的成本上处境艰难，却仍不断扩大价格竞争，是为了在这一市场上抢占先机。因为以长寿命为特点的LED照明产品在普及以后很难会有太大的换购需求。

　　LED照明

　　主要指采用白色LED的照明。LED以往主要用于装饰性照明用途。最近作为一种可降低照明器具耗电的手段而受到人们的关注，开始用于室内的普通照明用途。

　　在环保意识不断提高的背景下，LED及有机EL等新一代照明开始受到关注。全球开始停止制造与销售寿命短，耗电量大的白炽灯，改为更高效率的照明。应日本经济产业省等的要求，东芝照明技术于2010年3月原则上停止制造白炽灯。虽然有机EL照明因发光效率尚低，量产预计要等到2012年以后，但LED照明则疾速脱颖而出，其势头大有超过被誉为白炽灯最佳替代品的荧光灯。

　　推动LED照明普及的是白色LED的技术进步。目前，一个白色LED封装的发光效率已经实现了100lm/W。制成照明器具后的综合效率也提高到了70～80lm/W左右。而且，“150lm/W产品已在射程之内”(LED封装厂商)。预计这一目标将会在2012年前后实现，发光效率届时将超过荧光灯。

　　在全球市场上照明用途将超过两成

　　野村综合研究所的调查显示，2012年全球白色LED照明市场将接近2009年的3倍。到2012年，照明用LED在白色LED市场整体所占的比例将超过20%，照明用途对LED市场的影响越来越大。图根据《日经MarketAccess》的资料制作。

　　而阻碍普及的价格问题，也会因“封装好的LED价格将会以每年1～2成的比例下降”(LED封装厂商)，数年后将不会再是大的障碍。2010年，预计其价格将下降到被看作是普及临界点的1日元/lm。如果考虑到LED照明的使用寿命接近于荧光灯4倍的话，那么，LED照明在综合成本优势上，足可取代荧光灯照明。