www.194.net-澳门新葡亰38778

请百度搜索www.194.net关键词找到澳门新葡亰38778!

合肥LED电子显示屏

行业资讯

21世纪照明新光源

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2019/2/15     浏览次数:    
    
    摘 要:本文简要回顾了单色 LED 的发展和应用阐明了 LED 照明技术对节能和环保的积极影响。

    在过去的 100 多年里 , 作为人类文明象征的照明技术有了飞速的发展。作为照明的技术主体的光源经历了三个重要的发展阶段 :白炽灯 、 荧光灯和灯。在进入新世纪的时候, 大家都在关心:“什么将是 21 世纪的照明新光源 ?” 现在, 众多的人认为 21 世纪照明新光源是发光二极管 LED (Light Emitting Diode)。 LED 作为第四代光源 , 有着极其光明的发展前景。


   1. led用作照明光源的可行性

    单色光 LED 的发展最早应用半导体 P-N 结发光原理制成的 LED 光源问世于上一世纪 60 年代初 。当时所用的材料是发红光 (峰值波长 λP =650 纳米)。在驱动电流为 20 毫安时, 光通量只有千分之几个流明, 相应的发光效率仅约 0.1 流明/瓦 。从 70 年代初期到中期, 技术进展很快 , 光效提高到 1 流明/瓦, 而且发出其他颜色的 LED 光源也相继面世 , 覆盖了从红色到黄-绿色的光谱范围。到了 80 年代初 , 出现了光源 , 使得 80 年代后期时红色 LED 的光效达到 10 流明/瓦 。在 90 年代初 , 两种新材料的光源被开发出来 , 即发红光 、 黄光的和发绿、 蓝光的 GaInN 。这两种材料的开发成功使 LED 的光效又得到大幅度的提高 。在 2000 年时前者做成的 LED 在红 、 橙区 (λp =615 纳米)的光效达到 100 流明/瓦 , 而后者制成的 LED 在绿色区域λp =530 纳米)的光效约为 50 流明/瓦。

    伴随着新材料的发明和光效的提高 , 单个光源的功率和光通量也在迅速增加。原先, 一般的驱动电流仅为 20 毫安 。到了 90 年代 , 一种代号为 “水虎鱼” (“Piranha”)的 LED 光源的驱动电流增加到 50 —70 毫安 , 而代号为 “梭子鱼” (“Barracuda”)的 LED 光源驱动电流达到 300 —500 毫安。
    据报道 , 已经有了驱动电流为安培级的大功率光源 。
    单色光 LED 的应用举例最初 LED 用作仪器仪表的指示光源 , 后来各种光色的 LED 在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用, 产生了很好的经济效益和社会效益。以英寸的红色交通信号灯为例 , 在美国本来是采用长寿命 、 低光效的 140 瓦白炽灯作为光源, 它产生流明的白光。经红色滤光片后, 光损失只剩下 200 流明的红光。而在新设计的灯中 , LumiLeds 采用了 18 个红色 LED 光源, 包括电路损失在内, 共耗电 14 瓦。经估算, 采用白炽灯的红色交通信号灯每年的电费为 80 美金 , 而改用 LED 时电费仅为其十分之一 。汽车信号灯也是 LED 光源应用的重要领域。自 1985 年 9 月 1 日以后在美国销售的轿车都必须装配高位刹车灯。采用 LED 作为光源 , 不仅节电 , 而且由于耐震 , 寿命长, 工作更为可靠 。另一个重要优点是 LED 光源的发光上升时间短 , 仅为 60 纳秒约是白炽灯的百万分之一。这使后续行车人员能作出更快速的反应, 进一步保证了行车的安全。也正是基于以上诸多因素, LED 在其他汽车尾灯中的应用有日益增加的趋势 。
    白色 LED 的开发对于一般照明而言, 人们更需要白色的 LED 。
    年发白光的 LED 开发成功, 并商品化 。当时这种 LED 是将 GaN 芯片和钆铝石榴石 (YAG)封装在一起做成, 如图 1 所示 。GaN 芯片发蓝光 (λ纳米 , 半宽度 30 纳米)。 YAG 荧光粉受此蓝光图 1 一种白色 LED 的结构示意芯片发蓝光 F:YAG 荧光粉发黄光激发后发出黄色光。芯片的蓝光和荧光粉的黄光混合在一起, 形成如图 2 所示的白光。现在, 对于 InGaN/YAG 白色 LED , 通过改变 YAG 荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的浓 度, 可以 获得色温度为—10 , 000K 的各种白光 。除了采用荧光粉的方法以外 , 也可采用将几种发不同色光的芯片封装在 一起的方法 , 通过这些色光的混合 , 构成发白光的。目前 , 这两种方法都很成功。对于开发白色的这两种方法 , 究竟孰优孰劣, 现在还很难作出判断 。表 1 列出了目前白色 LED 的种类及其发光原理。 对于白色 LED 的研究, 各国照明界都十分重视。日本照明学会在 2000 年 8 月举行全国大会期间, 专门组织了题为 “照明用白色 LED 光源及其测定” 的研讨会, 有 107 人参加, 可谓盛况空前。在短短的 4 年里 , 白色 LED 的光效有了惊人的提高年时只有 5 流明/瓦;到了 1999 年时, 已达流明/瓦, 与一般家用白炽灯相当;而到 2000 年时日立企业的试验样品的光效达到 25 流明/瓦, 可与卤钨灯相媲美 。惠普企业则预测:2005 年时的光效达 50 流明/瓦 ;到 2010 —2015 年时 , 随着技术的进 步和关键的突破 , LED 光效有可能 达到—200 流明/瓦。
    白色 LED 光源在照明中正逐步得到应用。
    年时, 笔者在德国 Hella 企业参观时, 看到他们开发、 生产的飞机阅读灯就是采用的白色 LED 作为光源。飞利蒲等企业开发出采用白色 LED 作为光源的路灯, 并进行实地试验, 取得了良好的效果。澳大利亚首都堪培拉的一条名为 Anzac Parade 的街道已采用了 LED 作为光源的路灯进行照明 (图 3)。但是, 到目前为止 , 由于单个 LED 所发出的光通量还不够大 , 因而在用于一般照明时 , 在一个灯具内必须要用一组 LED 光源 。也正是基于这个原因, 对于光学特性的测量, 不仅要测量单个 LED 的特性, 常常还要测量组合在一起的 LED 的特性 。为此, CIE 于 2000 年专门成立了一个技术委员会负责研究 LED 集合体的光学特性的测量方法和标准 。

    图 3 LED 用于街道照明实景示例然而, LED 晶片及封装工艺已开始向大功率方向发展。以往普通的 LED 功率仅为 0.04 瓦, 发出的光通量不到 1 流明。近期, 大功率 LED 已达到单颗用电超过 1 瓦 , 光输出为 17 流明, 大大改善了光源与灯具配合的难度 。此趋势仍会不断发展, 预计发光效率能达到 100 流明/瓦, 而单颗 LED 封装可以承受 10 瓦的功率 , 则光输出便可达到 1000 流明 , 成为真正可大量民用化的光源。


    2.led照明与节能和环保
    现今用于照明的光源主要有两类:(1)低光效的普通白炽灯和卤钨灯 , 光效为 12 —24 流明/瓦荧光灯和 HID 灯, 光效为 50 —120 流明/瓦。前者消耗照明用电的 40 %, 产生总光通量的 15 %;后者消耗 60 %的照明用电, 产生 85 %的光 。这两类光源的光效还有提高的可能 , 但都有一定的局限 , 前者为热辐射原理和工作温度所限, 而荧光灯则受纳米紫外线转换成可见光的能量效率的制约 。
    但对 LED 光源基本上不存在这些限制 。有人乐观地估计, 即使今后 LED 技术进步的速度只有以前年的一半 , 也可指望到 2010 —2015 年时其电光转换效率达到 50 %, 也就是光效为 200 流明/瓦 。
    近年来, 白色 LED 的产量在迅速增加 。据统计 , 2000 年日本白炽灯的产量为 1.4 亿只 , 而白色的产量已达 1 亿只 。随着产量的飞速增长和技术的进步 , LED 的生产成本在急剧减少。图 4 表示了红色 LED 单位光通量花费逐年减少的情况。可以看出, 此数据大约为每十年减少 10 倍。澳门新葡亰38778完全有理由乐观地预计 , 白色 LED 光源的价格在不久的将来会有大幅度的降低 。有人估计:2002 年时, 用于照明的 LED 的花费为 100 美金/千流明 , 2005 年时为 50 美金/千流明, 2010 年时为 16 美金/千流明 。 用白色 LED 光源代替 100 瓦白炽灯照明时的花费情况。假设美国的电费为 0.10 美金/度 , 则光通量为流明的 100 瓦白炽灯在其寿命 1000 小时内耗电为 100 度, 电费为 10 美金 。100 瓦白炽灯的价格为美金 。在 1 万小时内 , 电费为 100 美金, 灯费为美金 , 共 105 美金。采用 LED 时, 要产生 1500 流明的光通量 , LED 光源的代价为 1500 流明×50 美金千流明 =75 美金 。 LED 光源每 1000 小时耗电度, 1 万小时的电费则为 30 美金 。因此 , 在 1 万小时内采用 LED 光源照明的总耗费也为 105 美金。但是, 澳门新葡亰38778应该注意到 , LED 的寿命远比 1 万小时长。
    在平衡点 1 万小时后 , 采用 LED 照明时就要比采用白炽灯来得经济 (见图 5)。而且 , 采用 LED 光源时, 免去了频繁换灯之苦, 劳动力的节约是不言而喻的 。
    图 5 采用 LED 光源代替白炽灯照明时的盈亏平衡点采用 LED 光源进行照明 , 首先取代耗电的白炽灯, 然后逐步向整个照明市场进军 , 将会节约大量的电能 。据估计 , 以光效为 50 流明/瓦的 LED 取代白炽灯时 , 美国可节电 10GW。日本官员也估计如果采用光效比荧光灯高两倍的 LED 替代日本半数的白炽灯和荧光灯, 每年可节约相当于 60 亿升原油的能源。如果交通信号灯和霓虹灯广告牌也由代替, 全日本还将节约 40 亿升原油的能源 。可见照明将会节约大量能源, 减少环境污染 , 减少温室效应 。 LED 光源本身不含汞、 铅等有害物质自身也是一种绿色照明产品。
    自 1996 年国家经贸委等部门组织实施 “中国绿色照明工程” 以来, 绿色照明的概念逐步深入人心取得了明显的节电和环保效益 。今年 9 月 21 日又在北京召开了 SETC/UNDP/GEF 中国绿色照明工程促进项目启动大会 。相信 , 在加大投入的基础上, 我国 LED (尤其是白色 LED)的研究 、 开发 、 生产 、应用将会有长足的进展。 LED 光源将在绿色照明工程中扮演越来越重要的角色。
    本文准备过程中得到周莉、 屠其非的帮助 , 在此表示感谢

  

参考文献

[ 1] Michael Sivak and Michael Flannagan .Human FactorsConsideration in the Design of Vehicle Headlamps andSignal Lamps.

[ 2] 板东完治.最新的白色 LED 的动向和应用.照明学会志, 第 85 卷, 第 4 号, PP.277 -279 (平成13 年).

[ 3] 河本康太郎.关于 LED 光源测光的诸问题.同上, PP.280-283 .

[ 4] Roland Haitz .Another Semiconductor Revolution :ThisTime It" s Lighting, LS-9 Proceeding, (110:Ⅰ):PP.319 -328 (2001).


本文由 合肥LED显示屏维修 整理编辑。

返回上一步
打印此页
15956912991
浏览手机站
XML 地图 | Sitemap 地图