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LED的进化过程

发布时间: 2013-10-05 09:03  |  1724 次浏览

1907年,Henry Joseph Round第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。由于其发出的黄光太暗,不适合实际应用,而且碳化硅与电致发光不能很好的适应,研究被摒弃了。20世纪20年代末期,Bernhard GuddenRobert Wichard在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的黄磷发光,再一次发光暗淡而停止。

   1936年,George Destiau发表了一个关硫化锌粉末发射光的报告。随着电流的应用和对其愈加广泛的认识,最终出现了电致发光这个术语。

   20世纪50年代,英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED节能灯并于20世纪60年代面世。据说在早期的试验中,LED需要放置在液化氮里,更需要进一步的操作与突破LED节能灯高效率的在室温下工作。第一个商用LED只能发出不可视的红外光,但其迅速应用于感应与光电领域。

   1962年,GE.Momsanto IBM的联合实验室开发出了发红光的磷砷化镓(GaAsP)半导体化合物,从此可见发光二极管步入商业化发展进程。1965年,全球第一款商用化发光二极管诞生,它是用锗材料做成的可发出红外光的LED节能灯,当时的单价约为42美元。其后不外,Monsanto和惠普公司推出了用GaAsP材料制作的商用化红色LED节能灯泡。这种LED灯的效率约为0.1lm/W,比一般的60-100W白炽灯的15lm/W要低上100多倍。1968年,LED灯的研发取得了突破性的进展,利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的发光效率达到了1lm/W,LED节能灯能够发出红光、橙光和黄色光。

   20世纪70年代早期,由于LED节能灯器件在家庭与办公设备中的大量应用,LED节能灯的价格直线下跌。事实上,LED节能灯在那个时代主打市场是数字与文字显示技术应用领域。到70年代中期,磷化镓被使用作为发光光源,随后就发出灰白绿光。LED采用双层磷化镓芯片(一个红色另一个绿色)能够发出黄色光。就在此时,俄国科学家利用金刚砂制造出发黄光的LED节能灯,尽管它不如欧洲的LED节能灯高效,但它能发出纯绿色的光。

   20世纪80年代早期的重大技术突破是开发出了AlGaAs LED灯,它能以10lm/W的发光效率发出灯光。这一技术进步使LED灯能够应用于室外信息发布以及汽车高位刹车灯(GHMSL)设备。

   20世纪90年代早期,采用铟铝磷化镓生产出了橘红、橙、黄和绿光的LED节能灯。第一个有历史意义的蓝光LED节能灯也出现该时期,再一次利用金钢砂早期半导体光源的障碍物。根据当今的技术标准去衡量,它与俄罗斯之前的黄光LED灯一样光源暗淡。

  20世纪90年代中期,出现了超亮度的氮化镓LED节能灯,随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓LED。超亮度蓝光芯片是白光LED的核心,在这个发光芯片上抺上荧光磷,然后荧光磷通过吸收来自芯片上的蓝色光源再转化为白光,就是利用这技术制造出任何可见颜色的光。

  20世纪90年代后期,研制出通过蓝光激发YAG荧光粉产生白光的LED灯,但色泽不均匀、使用寿命短、价格高。随着技术的不断进步,近年来白光LED节能灯的发展相当迅速,白光LED节能灯的发光效率已经达到38lm/W,实验室研究成果可以达到70lm/W,大大超过白炽灯,向荧光灯逼近。

  今天LED节能灯在市场上能看到各种新奇颜色,如浅绿色和粉红色。有科学思想的读者到现在可能会意识到LED节能灯的发展经历了一个漫长而曲折的历史过程。事实上,最近开发的LED节能灯不仅能发射出纯紫外光而且能发射出真实的黑色紫外光。那么LED将来到底能走多远,不得而知,也许某天就能开发出能发X射线的LED。然而,LED节能灯的发展不单纯是它的颜色还有它的亮度,像计算机一样,遵守摩尔定律的发展。每隔18个月,LED节能灯的亮度就会增加一倍。早期的LED只能应用于指示灯、计算器显示屏和数码手表,而现在开始出现在超亮度的领域,将会在接下的一段时间继续下去。

  例如,到2015年美国所有的交通信号指示灯将被LED灯所取代,美国汽车产业也会于十年内停止使用白炽灯而采用LED灯(包括汽车前照灯)。大多数的大型户外显示屏也采用成千成个LED以便产生高质量视频效果。不久,LED节能灯将会照亮我们的家庭、办公室甚至街道。高效、节能的LED灯意味着太阳能充电电池能够通过太阳光为其充电,从而能够把光源带到没有电能的地方。曾经暗淡的发光二极管现在真正预示着LED新时代的来临。

  2010年,中国LED产业有了很大的发展和进步,不管是在政府对LED产业的政策扶持上,还是LED技术的进步上,都给人们留下了深刻的印象。为了节约能源,减少温室效应,目前世界各国都把LED灯具产业作为新一代的绿色增长产业。重点矛以培养,在汽车领域LED灯也正在如火如茶的发展。度过2010LED元年”,LED汽车灯具得到了更广泛的应用 ,有业内人士预计到2015年,中国LED产业规模将达5000亿。眼下,随着各地对节能减排的财政投入,LED汽车灯具推广成为业界公开看好的大蛋糕。

  同时,为促进LED产业发展,落实国家关于半导体照明节能产业发展的要求,推进“十城万盏”半导体照明试点示范工程,全国各地都加大了对LED照明工程的资金投入。

  目前白炽灯的淘汰已经不再是将来时,而是进行时,2010年白炽灯禁用法律已经在阿根延、澳大利亚、新西兰、法国、意大利和菲律宾生效,不久的将来在英国、芬兰和荷兰、日本和加拿大也将先后生效,2014年将在美国生效,全球最晚的中国也将在2017年生效,这也是为什么CFL节能灯市场需求快速上升的一个主要原因,因CFL节能灯是目前白炽灯的一个最佳替代选择,不仅价格最接近白炽灯,而且寿命和节能效果远超白炽灯。一只13WCFL节能灯光效就相当于一个只60W的白炽灯,功耗降低了4/5,寿命提高了8-15倍。禁用白炽灯将使用LED照明崛起,LED灯泡将占有更大的市场份额,LED固态照明目前被 广泛认为是中长期高效照明的首选方案,其效能可望达到白炽灯的10倍。目前LED的使用主要在于建筑照明、装饰照明和效果照明,以及交通信号和路灯照明等领域。

  随着LED照明灯具的逐步发展,在亮化工程辅助照明等公共场合,LED渐渐替代了一些传统光源产品。2009年,LED开始在发达国家进入主照明普及。在电费较高、使用时间较长的商业应用场所,LED灯具迅速成为市场的新宠。作为LED照明灯具的用途,LED市场扫展分几个阶段。

1、 LED灯具替代接受阶段

这一阶段指的是LED灯具在发展初期,主要体现出其光效高(能耗小)、寿命长的特点。因为售价高,所以在这一阶段主要为商业照明市场。客户有一个接受的过程,主要是使用习惯和外观上的过渡与接受。在与传统光源一致的使用情况下,LED灯体现出的节电、长寿命等特点使得市场容易接受它的相对高价,尤其是在商用场合,各厂商拼的是质量和价格。

2、 LED灯具实用新型阶段

在上一阶段的基础上,市场场对LED灯具产品有了一定的认可和接受。LED灯具环保、体积小,可靠性高等特性逐渐凸显出来,由此而开发的一系列完全有别于传统光源应用的产品会大行其道,照明行业会出现更大、更广的发展空间。光源不再是仅起到照明作用,它的多变使得更贴切人们工作生活中的点点滴滴,各厂商拼的是设计应用优势。

3、 LED灯具智能控制阶段

随首物联网等新技术的发展,LED作为半导体产业,也将搭上这趟高速列车,发挥出其高可控性特点。从家庭到办公、从道路到隧道、从汽车到步行、从辅助照明到主照明,具备智能控制的LED照明灯具系统将给人们带来更高等级的服务。LED灯具产业也将由做产品,到提供整体解决方案的历程。

  近年来,尽管LED照明发展迅速,由于缺少相关的技术标准,企业生产的产品规格出台了LED照明的相关标准,这将对LED照明的发展起到很好的推动作用,对我国蓬勃发展LED灯具产业的制造、评价和应用将起到重要的导向作用。

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