LED在照明上的应用.docVIP

LED在照明上的应用 钱卫宁 2010022110 微电子学与固体电子学 半导体照明的发展背景和趋势 “绿色照明”是九十年代初国际上对节约电能、保护环境的照明系统的形象性说法。绿色照明的科学定义为：绿色照明是指通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品(电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材，以及调光控制和控光器件)，改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照[1]。许多发达国家和部分发展中国家先后制订了“绿色照明工程”计划，并取得了显著效果。照明的质量和水平已成为人类社会现代化程度的一个重要标志之一，成为人类社会可持续发展的一项重要的措施。 作为固体光源的LED(Light Emitting Diode)发光二极管，真正点燃了“绿色照明”的光辉，被认为是21世纪最有价值的新光源，将取代白炽灯和日光灯成为照明市场的主导，使照明技术面临一场新的革命，从而一定程度上改善人类的生产和生活方式。LED照明的应用前景在全世界都掀起了高潮，被寄予了厚望。 美国能源部预测，到2010年将会有55%的白炽灯和荧光灯被半导体灯替代，每年可节电350亿美元。2001年7月在美国“半导体照明技术蓝图”的基础上，美国能源部启动一项名为“Next-Generation Lighting Initiative”(NGLI)的计划，即“下一代照明计划”(NGLI)〔2〕。这项计划提案的目标是要联合产业界、大学和国家重点实验室的力量，加速半导体照明技术的发展和应用，这项议案希望从2003-2011年，每年提供5000万美元支持NGLI计划的实施。日本提出，2006年就要用半导体灯大规模替代传统白炽灯，日本21世纪照明计划是由日本金属研发中心(The Japan Research and Development Center of Metals)和新能源产业技术综合开发机构(NEDO)发起和组织的为期5年的一个国家计划[2]。这项计划的参与机构包括4所大学、13家公司和一个协会，目标旨在通过使用长寿命、更薄更轻的GaN高效蓝光和紫外LED技术使得照明的能量效率提高为传统荧光灯的两倍(即降低传统照明的能量消耗)，减少CO2的产生。欧盟的彩虹计划也已于2000年7月启动，其计划是通过欧洲共同体的补助金来推广超高亮白光LED的应用[3] 而我国科技部有关领导提出：我们要以2008年北京奥运会和2010年上海世博会为契机，推动半导体灯在城市景观照明的应用。科技部“国家半导体照明工程”计划2007年半导体照明逐步取代白炽灯，2012年后取代荧光灯。据预测，在汽车尾灯、交通灯、公共设施以及家庭照明需求的带动下，2003-2007年我国高亮度发光管芯市场规模将保持年均将近25.0%的增长速度，到2007年我国高亮度LED管芯市场规模将会突破20亿元[4] [5]。如图1-1为2003-2007年中国高亮度LED管芯市场销售规模预测。 另一方面，中国作为13亿人口大国，电力能源相对来说比较贫乏，并且随着经济的发展，人民生活水平的不断提高，照明用电在电力消费中占的比例逐年提高。进入九十年代，我国照明用电的年增长在15%以上，但是我国照明用电的结构中普通白炽灯仍占有极大的比例。我国人均拥有光源的数量仍比较低，与日本相比，灯的数量是日本的4.7倍，使用电力是日本的5.9倍，而灯的平均光效率只是日本的1/3。因此，推广“绿色照明”工程在我国是非常必要的，它的宗旨是节约能源，保护环境，提高照明质量。随着LED材料的革新、工艺的改进和生产规模的提高，LED的光效将得到提高、价格将下降，可以预测到LED在照明领域的应用越来越广，将真正替代白炽灯、荧光灯等传统光源，成为新一代的绿色光源，其在照明市场的潜力将是不可估量的。特别是随着第三代半导体材料GaN的突破和蓝、白光发光二极管的问世，继半导体技术引发微电子革命之后，一场新的产业革命-照明革命正在孕育，其标志是半导体灯将逐步替代白炽灯和荧光灯。一场抢占半导体照明新兴产业制高点的争夺战，已经在全球打响。 二．LED应用于照明的发展和国内外概况 在早期，由于LED光色、发光效能、光通量、光功率和价格等方面的限制，LED主要应用于指示、显示领域，如电子电气、热工仪表、自动化系统、通信设置、宇航空间开发、家用电气、交通运输工具中作为指示灯、告示牌、警戒灯以及信息广告、显示牌等。随着LED光色的不断丰富，特别是白光LED技术的不断成熟，发光效能不断提高，价格逐渐降低，使得LED有逐步取代传统的光源的趋势，将作为新一代节能环保型绿色照明灯而受到青睐。这类LED光源主要是基于蓝光LED的白光LED固体新光源，一般应用于诸如应急照明、装饰照明、家用照明等领域。