近日，內蒙古自治區巴彥淖爾機場完成滑行道、掉頭坪LED助航邊燈更換工作，實現上述區域節約電能消耗50%以上。LED以其節能、環保的主要特點，成為我國“節能降碳、綠色發展”的主角之一。
LED照明降碳效果明顯
半導體LED技術在照明、背光、顯示、景觀、汽車照明等領域有廣泛的應用，其中，對節能降碳貢獻最大的領域是照明。中科潞安紫外光電科技有限公司副總經理段瑞飛告訴《中國電子報》記者，LED是迄今為止最高效的人造光源，它在替代傳統的白熾燈、節能燈、高壓鈉燈過程中起到節約電能的作用，從這個角度來說就是直接減碳。
國家半導體照明工程研發及產業聯盟的數據表明，中國照明占電力消耗的13%，相當于全國能源消耗的6%。與傳統光源相比，LED使照明能耗減少50%~75%。該聯盟常務副秘書長阮軍在接受《中國電子報》記者采訪時表示，我國是LED照明滲透率最高的國家，節能效果顯著。2020年，LED照明產品國內銷量滲透率(LED照明產品銷售量/照明產品銷售量)超過75%，在用量滲透率(LED照明產品在用量/照明產品在用量)超過53%，是全球LED照明滲透率最高的國家。從節電量來看，“十三五”期間，我國LED照明累計實現節電1.33萬億度，約相當于俄羅斯與法國兩國2020年度用電量之和。
與傳統光源相比，LED燈具發光效率顯著提升。室內燈具中，白熾燈光效約20lm/W(流明/瓦)，熒光燈光效約60lm/W~80lm/W，LED燈具光效約為110lm/W；室外燈具中，高壓鈉燈光效75lm/W~100lm/W，金鹵燈光效60lm/W~90lm/W，LED路燈光效130lm/W。“光效越高，對能源的利用率也就越高，所以LED燈是當之無愧的綠色照明的代表。”三安光電相關負責人在接受《中國電子報》記者采訪時表示。此外，該負責人告訴記者，白熾燈的壽命約為1000小時，熒光燈壽命約為6000小時，而LED燈的壽命達到了5萬~10萬小時，這就意味著LED燈的損壞和更換頻率要遠低于白熾燈和熒光燈。因此，不論是使用成本，還是制造燈具所消耗的資源，LED燈都有極大的優勢。他以LED照明為例，用數據為記者演繹了LED是如何實現節能降碳的。他告訴記者，以三安光電2020年的LED芯片年產能為例，基于氮化鎵(GaN)半導體的LED芯片約1125萬片(4英寸)，其中照明產品占比42%。以一盞5W LED燈約用80顆標準芯片計算，三安光電的芯片產能預計可生產342億盞5W LED燈；相對于同照度的節能燈(12W)，每盞LED燈節能20.4度，則342億盞LED燈節能6976.8億度，年節電相當于6.2個三峽大壩電站的年發電量之和。根據公開數據，1盞5W LED燈減排二氧化碳約0.296噸，342億盞可減排二氧化碳101.23億噸，為我國“碳達峰、碳中和”目標作出重要貢獻。與傳統路燈光源相比，每盞LED路燈每年節省電費3128元。根據住建部數據，中國城市道路照明燈2020年增至3048.6萬盞，若全部更換為LED路燈，則年節省電費共計953.6億元，其經濟效益非常可觀。
此外，LED照明的智能控制還將帶來二次節能。阮軍告訴記者，LED不僅僅是光源，還是電子元器件，它便于集成控制，能夠通過智能控制實現二次節能。如在室內領域，可實現人走燈滅，或分時控制亮度；在室外領域，可通過單燈控制實現分路段、分時亮度調節。“LED室內外照明產品通過發光效率的提升，與傳統照明產品相比可實現50%以上的節能；通過智能控制，可再實現20%以上的節能。總體而言，LED照明與傳統照明產品相比，可實現節能50%~75%。除了節能以外，LED還改變了照明設計方式，實現了‘見光不見燈’的照明，在節能的同時能夠實現更好的光環境。”阮軍表示。
新應用層出不窮
由于LED所具備的獨特優勢，使得其在照明之外的新應用層出不窮。在非功能性照明領域，我國推動文化旅游、新能源汽車、新型信息顯示等舉措，將帶動LED在顯示、車用照明、景觀照明等市場持續增長。
阮軍指出，在顯示領域，LED在液晶顯示器中替代原有的熒光燈管，節能的同時實現更好的顯示效果，同時，也豐富了顯示尺寸、滿足了室內外各場景需求、實現了異型屏、透明屏等多樣化的產品形式。賽迪智庫集成電路所徐豐告訴《中國電子報》記者，Mini/Micro LED顯示技術具備高亮度、高集成、低功耗、柔性顯示等優良特點，成為繼OLED、LCD之后業內認同的新一代顯示技術。當前，Mini/Micro LED顯示產品正處于需求爆發的階段，小間距LED顯示技術已得到主流整機廠商認可，進入快速量產發展通道。一方面，蘋果、三星、華為等應用廠商紛紛擴充Mini LED背光產品線，TCL、LG、康佳等電視廠商密集發布高端Mini LED背光電視。另一方面，主動發光Mini LED面板也已進入量產階段。
在汽車照明與車載顯示領域，南京大學電子科學與工程學院劉斌教授告訴《中國電子報》記者，相較于普通汽車燈泡，LED汽車燈耗電僅相當于它的1/10，能更好地節能，并保護汽車電路不被過高的負載電流燒壞。隨著汽車內部信息顯示的需求不斷增長，基于Mini/Micro LED等新技術顯示終端，將逐步替代汽車內部的中控顯示、抬頭顯示(HUD)、控制娛樂系統等方面，大大提升人與汽車、公路環境的信息交互能力。阮軍表示，LED車燈替代傳統的鹵素燈、氙氣燈，既節能又提升了車燈的響應速度，還賦予車燈更大的設計靈活性。“特別是隨著新能源汽車的占有率提升，以及未來無人駕駛技術的發展，LED在汽車內外部照明中有廣闊的應用空間。”阮軍說。根據賽迪智庫的數據，2021年車用LED市場增長預計將超過10%。
在景觀照明領域，LED投光燈替代了原有的鹵素燈，LED線條燈代替了熒光燈管，實現了節能。“但在該領域，LED更顯著的貢獻在于提升了景觀照明的設計水平、豐富了景觀照明的應用領域，為夜間經濟、文化旅游與照明的融合發展提供了更多的可能性。”阮軍表示。
段瑞飛同樣表達了對LED在其他領域應用的認可，但他同時表示：“更多的景觀照明、更多的顯示應用會增加電能的消耗，這將倒逼能源企業采用新的技術，比如太陽能+儲電+LED的完美組合。LED作為應用端的進步會逐漸帶動整個系統的進步，包括能源端的進步。”
努力實現產品高質、企業高精、產業高端
業內專家表示，在“碳達峰、碳中和”目標的指引下，我國LED產業將迎來新的發展契機。
在談到“十四五”時期半導體照明產業發展時，阮軍表示，“十四五”期間，LED照明將繼續替代傳統照明，預計到2025年，LED照明產品的在用量將達到86億只，在用量滲透率也將提高到63.5%，而整體銷量滲透率將超過85%。預計“十四五”時期將累計節電1.48萬億度，減少碳排放13.42億噸。在這樣的大背景下，我國LED產業要加快推進“中國制造向中國創造轉變，中國速度向中國質量轉變，中國產品向中國品牌轉變”。在技術創新方面，面向新興應用，開展跨學科、跨領域、跨行業的基礎研究，產業化關鍵技術及系統集成技術的研究。在產業方面，從標準檢測計量、知識產權、品牌、信用等方面全面推進高質量發展，力促產業結構調整，實現產品高質、企業高精和產業高端。在市場方面，國內市場抓住消費提質升級契機，激發和釋放國內消費需求，出口市場引導半導體照明外貿企業實施出口目的地多元化戰略，積極開拓“一帶一路”沿線國家市場。在國際合作方面，落實“一帶一路”綠色照明倡議，加強與“一帶一路”沿線國家和地區在半導體照明技術、標準、研發、科技人員等方面的交流與合作，著力推進可持續研發創新合作、強化標準國際對話與合作。
徐豐則從整個產業鏈的打造上發表了自己的觀點，他告訴記者，作為行業的主管部門，國家發改委、工業和信息化部應統籌各地LED產業發展，探索開展LED重大項目“窗口指導”機制，推動LED產業結構調整。鼓勵開展LED芯片襯底制造、封裝生產線改造，適度降低傳統LED照明項目支持，鼓勵LED設備、材料升級和本土化。支持國內龍頭LED企業與歐美等先進地區企業開展技術和人才合作，鼓勵重大生產線項目落戶主要產業集聚區。利用現有資金渠道，專項提升LED產業新興領域供應鏈建設。在芯片襯底環節，重點提升面向顯示應用的Mini/Micro LED、面向醫療健康的深紫外LED芯片性能；在封裝環節，重點提高垂直、倒裝封裝等先進封裝工藝并降低制造成本；在應用環節，開展智能照明、健康照明、植物照明等細分市場試點示范工程，加快形成行業團體標準；在材料和設備環節，聯合集成電路企業提升高端LED設備和材料本土化水平。
段瑞飛表示，未來LED產業發展，要求技術不斷進步，提升LED性能，從而使得產生一定的光需要的電越來越少。此外，大規模的LED應用使得系統必須重新優化，進入下一個全鏈條的技術和產業發展階段，向碳達峰和碳中和目標邁進。他認為，我國LED存在著過度競爭方面的問題，企業之間同質化和價格競爭比較嚴重，因此需要有效的協調機制和總體規劃。