LED技术点亮减碳之路

　　近日，内蒙古自治区巴彦淖尔机场完成滑行道、掉头坪LED助航边灯更换工作，实现上述区域节约电能消耗50%以上。LED以其节能、环保的主要特点，成为我国“节能降碳、绿色发展”的主角之一。

　　LED照明降碳效果明显

　　半导体LED技术在照明、背光、显示、景观、汽车照明等领域有广泛的应用，其中，对节能降碳贡献最大的领域是照明。中科潞安紫外光电科技有限公司副总经理段瑞飞告诉《中国电子报》记者，LED是迄今为止最高效的人造光源，它在替代传统的白炽灯、节能灯、高压钠灯过程中起到节约电能的作用，从这个角度来说就是直接减碳。

　　国家半导体照明工程研发及产业联盟的数据表明，中国照明占电力消耗的13%，相当于全国能源消耗的6%。与传统光源相比，LED使照明能耗减少50%~75%。该联盟常务副秘书长阮军在接受《中国电子报》记者采访时表示，我国是LED照明渗透率最高的国家，节能效果显著。2020年，LED照明产品国内销量渗透率(LED照明产品销售量/照明产品销售量)超过75%，在用量渗透率(LED照明产品在用量/照明产品在用量)超过53%，是全球LED照明渗透率最高的国家。从节电量来看，“十三五”期间，我国LED照明累计实现节电1.33万亿度，约相当于俄罗斯与法国两国2020年度用电量之和。

　　与传统光源相比，LED灯具发光效率显著提升。室内灯具中，白炽灯光效约20lm/W(流明/瓦)，荧光灯光效约60lm/W~80lm/W，LED灯具光效约为110lm/W;室外灯具中，高压钠灯光效75lm/W~100lm/W，金卤灯光效60lm/W~90lm/W，LED路灯光效130lm/W。“光效越高，对能源的利用率也就越高，所以LED灯是当之无愧的绿色照明的代表。”三安光电相关负责人在接受《中国电子报》记者采访时表示。此外，该负责人告诉记者，白炽灯的寿命约为1000小时，荧光灯寿命约为6000小时，而LED灯的寿命达到了5万~10万小时，这就意味着LED灯的损坏和更换频率要远低于白炽灯和荧光灯。因此，不论是使用成本，还是制造灯具所消耗的资源，LED灯都有极大的优势。他以LED照明为例，用数据为记者演绎了LED是如何实现节能降碳的。他告诉记者，以三安光电2020年的LED芯片年产能为例，基于氮化镓(GaN)半导体的LED芯片约1125万片(4英寸)，其中照明产品占比42%。以一盏5W LED灯约用80颗标准芯片计算，三安光电的芯片产能预计可生产342亿盏5W LED灯;相对于同照度的节能灯(12W)，每盏LED灯节能20.4度，则342亿盏LED灯节能6976.8亿度，年节电相当于6.2个三峡大坝电站的年发电量之和。根据公开数据，1盏5W LED灯减排二氧化碳约0.296吨，342亿盏可减排二氧化碳101.23亿吨，为我国“碳达峰、碳中和”目标作出重要贡献。与传统路灯光源相比，每盏LED路灯每年节省电费3128元。根据住建部数据，中国城市道路照明灯2020年增至3048.6万盏，若全部更换为LED路灯，则年节省电费共计953.6亿元，其经济效益非常可观。

　　此外，LED照明的智能控制还将带来二次节能。阮军告诉记者，LED不仅仅是光源，还是电子元器件，它便于集成控制，能够通过智能控制实现二次节能。如在室内领域，可实现人走灯灭，或分时控制亮度;在室外领域，可通过单灯控制实现分路段、分时亮度调节。“LED室内外照明产品通过发光效率的提升，与传统照明产品相比可实现50%以上的节能;通过智能控制，可再实现20%以上的节能。总体而言，LED照明与传统照明产品相比，可实现节能50%~75%。除了节能以外，LED还改变了照明设计方式，实现了‘见光不见灯’的照明，在节能的同时能够实现更好的光环境。”阮军表示。

　　新应用层出不穷

　　由于LED所具备的独特优势，使得其在照明之外的新应用层出不穷。在非功能性照明领域，我国推动文化旅游、新能源汽车、新型信息显示等举措，将带动LED在显示、车用照明、景观照明等市场持续增长。

　　阮军指出，在显示领域，LED在液晶显示器中替代原有的荧光灯管，节能的同时实现更好的显示效果，同时，也丰富了显示尺寸、满足了室内外各场景需求、实现了异型屏、透明屏等多样化的产品形式。赛迪智库集成电路所徐丰告诉《中国电子报》记者，Mini/Micro LED显示技术具备高亮度、高集成、低功耗、柔性显示等优良特点，成为继OLED、LCD之后业内认同的新一代显示技术。当前，Mini/Micro LED显示产品正处于需求爆发的阶段，小间距LED显示技术已得到主流整机厂商认可，进入快速量产发展通道。一方面，苹果、三星、华为等应用厂商纷纷扩充Mini LED背光产品线，TCL、LG、康佳等电视厂商密集发布高端Mini LED背光电视。另一方面，主动发光Mini LED面板也已进入量产阶段。

　　在汽车照明与车载显示领域，南京大学电子科学与工程学院刘斌教授告诉《中国电子报》记者，相较于普通汽车灯泡，LED汽车灯耗电仅相当于它的1/10，能更好地节能，并保护汽车电路不被过高的负载电流烧坏。随着汽车内部信息显示的需求不断增长，基于Mini/Micro LED等新技术显示终端，将逐步替代汽车内部的中控显示、抬头显示(HUD)、控制娱乐系统等方面，大大提升人与汽车、公路环境的信息交互能力。阮军表示，LED车灯替代传统的卤素灯、氙气灯，既节能又提升了车灯的响应速度，还赋予车灯更大的设计灵活性。“特别是随着新能源汽车的占有率提升，以及未来无人驾驶技术的发展，LED在汽车内外部照明中有广阔的应用空间。”阮军说。根据赛迪智库的数据，2021年车用LED市场增长预计将超过10%。

　　在景观照明领域，LED投光灯替代了原有的卤素灯，LED线条灯代替了荧光灯管，实现了节能。“但在该领域，LED更显著的贡献在于提升了景观照明的设计水平、丰富了景观照明的应用领域，为夜间经济、文化旅游与照明的融合发展提供了更多的可能性。”阮军表示。

　　段瑞飞同样表达了对LED在其他领域应用的认可，但他同时表示：“更多的景观照明、更多的显示应用会增加电能的消耗，这将倒逼能源企业采用新的技术，比如太阳能+储电+LED的完美组合。LED作为应用端的进步会逐渐带动整个系统的进步，包括能源端的进步。”

　　努力实现产品高质、企业高精、产业高端

　　业内专家表示，在“碳达峰、碳中和”目标的指引下，我国LED产业将迎来新的发展契机。

　　在谈到“十四五”时期半导体照明产业发展时，阮军表示，“十四五”期间，LED照明将继续替代传统照明，预计到2025年，LED照明产品的在用量将达到86亿只，在用量渗透率也将提高到63.5%，而整体销量渗透率将超过85%。预计“十四五”时期将累计节电1.48万亿度，减少碳排放13.42亿吨。在这样的大背景下，我国LED产业要加快推进“中国制造向中国创造转变，中国速度向中国质量转变，中国产品向中国品牌转变”。在技术创新方面，面向新兴应用，开展跨学科、跨领域、跨行业的基础研究，产业化关键技术及系统集成技术的研究。在产业方面，从标准检测计量、知识产权、品牌、信用等方面全面推进高质量发展，力促产业结构调整，实现产品高质、企业高精和产业高端。在市场方面，国内市场抓住消费提质升级契机，激发和释放国内消费需求，出口市场引导半导体照明外贸企业实施出口目的地多元化战略，积极开拓“一带一路”沿线国家市场。在国际合作方面，落实“一带一路”绿色照明倡议，加强与“一带一路”沿线国家和地区在半导体照明技术、标准、研发、科技人员等方面的交流与合作，着力推进可持续研发创新合作、强化标准国际对话与合作。

　　徐丰则从整个产业链的打造上发表了自己的观点，他告诉记者，作为行业的主管部门，国家发改委、工业和信息化部应统筹各地LED产业发展，探索开展LED重大项目“窗口指导”机制，推动LED产业结构调整。鼓励开展LED芯片衬底制造、封装生产线改造，适度降低传统LED照明项目支持，鼓励LED设备、材料升级和本土化。支持国内龙头LED企业与欧美等先进地区企业开展技术和人才合作，鼓励重大生产线项目落户主要产业集聚区。利用现有资金渠道，专项提升LED产业新兴领域供应链建设。在芯片衬底环节，重点提升面向显示应用的Mini/Micro LED、面向医疗健康的深紫外LED芯片性能;在封装环节，重点提高垂直、倒装封装等先进封装工艺并降低制造成本;在应用环节，开展智能照明、健康照明、植物照明等细分市场试点示范工程，加快形成行业团体标准;在材料和设备环节，联合集成电路企业提升高端LED设备和材料本土化水平。

　　段瑞飞表示，未来LED产业发展，要求技术不断进步，提升LED性能，从而使得产生一定的光需要的电越来越少。此外，大规模的LED应用使得系统必须重新优化，进入下一个全链条的技术和产业发展阶段，向碳达峰和碳中和目标迈进。他认为，我国LED存在着过度竞争方面的问题，企业之间同质化和价格竞争比较严重，因此需要有效的协调机制和总体规划。