LED的科技、应用和产业发展概况与趋势.pdfVIP

海峡两岸第十六届照明科技与营销研讨会 LED的科技、应用和产业发展概况与趋势 范世福 (天津大学照明技术研究所) 1前言 人类最早藉助自然光源(太阳、火把)获得白天、夜晚的照明，以后长期依靠油灯、煤 气灯等作为夜间照明手段，“挑灯夜战”是古代书生、织女生活的真实写照。直到1879年爱迪 生发明了钨丝白炽灯才打开了电气照明的新时代，随着科技发展人类照明进入了现代文明照 年发明的LED新光源，因其节电、长寿命、响应快速等特点才被公认为人类照明发展史上新 的重大变革事件，当前已经在全球被推为“绿色光源”、成为将被最广泛应用的新光源。 LED究竟在科技、应用和产业领域得到了怎样的发展、今后的发展趋势如何，目前处于 各说各理的阶段、还不一致。本文欲从这些方面做简略分析、提出一些看法，供大家交流、 讨论。 2 LED的原理和特点简述 LED是发光二极管(LightEmittingDiode)、由特定材料P型半导体和N型半导体及其之 间形成的P．N结构成；当两端加上正向工作电压、有少数载流子输入时，可与多数载流子复 合而将多余的能量以光能形式释放，从而可以将电能直接转化成光能。根据材料和结构的不 同，当电流从LED的阳极流向阴极时、会发出从紫外一可见一红外区不同波长(在可见区为 不同颜色)的光来，光强度与电流大小相关。 LED从学科类别来说属于半导体发光范畴，与使钨丝通电加热而发光的白炽灯及靠气体 放电原理的荧光灯相比、因为工作原理不同，LED光源具有其特殊的工作特性。 3： LED光源的优点可简略归结如下n 电流15--一20mA；在同样照明效果时的耗电量是白炽灯的1／8、荧光灯的1／2； 海峡两岸第十六届照明科技与营销研讨会 在交通信号灯、景观照明灯应用场合LED的节能效果可达80％左右；据专家估计，到 当于近2个三峡电站的年发电量1 Im／W 2)发光效率高：因为LED是电子与空穴复合自发发光、理论上可达到300,--,400 的极高转换效率，目前美国已经有120lm／W左右的商品、并还在快速提高(相比白炽灯只有 1224 lm／W，更高的钠灯也只有90,140lm／W，LED的光效确实惊人)； lm／W,荧光灯50,70 3)寿命长：LED不用灯丝、没有白炽灯的烧断灯丝、热淀积、灯壳发黑等导致光衰的 问题，实用寿命可达5万小时；而且体积小、重量轻、环氧封装固态化，可承受强烈冲击、 风吹雨淋等恶劣机械、气候条件的考验，可大大降低维护费用； 4)安全性好：低压驱动，发热量小，冷光发射，可安全触摸； 5)启动快速，响应时间只有几十纳秒，因而特别适应需要快速明暗变化的应用场合， 相比于启动时间达几十秒甚至几十分钟的气体放电灯适用范围大得多； 6)环保特性好：不用汞、重金属等对环境、人体有害物质，损坏后材料可方便回收；能 耗低，符合环保要求； 当然，事物都是一分为二、有其利必有其弊： 还需提高才能完全适应路灯之类功能照明应用场合的全部需求，这也是近年来各国正在奋力 研发、不断提高其光效的主要方向； 2)价格高：相比于白炽灯之类经上百年改进及极大规模生产的传统光源，LED的价格 目前还远高于人们可以接受的程度：这也是限制其很快推广应用的主要原因之一：不过，晶 片技术的快速改进、大批专利技术的接近解禁等都可使今后LED大规模生产、快速降低成 本与售价有明显促进，世界各国都在推进国家补贴降低售价的方针也有利于LED的推广应 用。 3)LED制造技术目前还难以达到产品性能参数离散性的高要求，对于要求光、色一致 性很高的照明场合LED的大规模应用还有较大困难； 4)对于LED照明系统，与电光源技术、微电子技术的完善结合目前还是新问题，照明 系统的控制、调节手段尚不太完善，难以达到全数字化、全彩、动态调控的照明高要求； 5)大功率功能照明的灯具设计及二次、三次光学设计技术目前还处于摸索、改进阶段， 合适的驱动电路及多个单体LED串、并联使用时防止短路、开路等实用技