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1、随着LED照明灯具的逐步发展,在亮化工程辅助等公共场合,LED渐渐替代了一些传统光源产品。
2、 2009年,LED开始在发达国家进入主照明普及。
3、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。
4、作为LED照明灯具的用途,LED市场发展分几个阶段。
5、第一阶段,LED灯具实用新型阶段。
6、在上一阶段的基础上,市场对LED灯具产品有了一定的认可和接受。
7、 LED灯具的环保,体积小,高可靠性等其他特征逐渐凸显出来。
8、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。
9、照明行业会出现更大更广的一个发展空间。
10、光源不再是仅仅起到照明作用,它的多变使得更贴切人们工作生活中的点点滴滴。
11、第二阶段,LED灯具智能控制阶段。
12、随着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。
13、从家庭到办公楼,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类带来更高等级的服务。
14、 LED灯具产业也将由做产品,到设计产品,到提供整体解决方案的历程。
15、第三阶段,LED灯具替代接受阶段。
16、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。
17、因为售价高,所以在这一阶段主要为商照市场。
18、客户有一个接受的过程,首先是使用习惯和外观上的过渡与接受。
19、在与传统光源一致的使用情况下,LED灯具体现出的节电,长寿等特点使得市场容易接受它的相对高价。
内容提要:LED存在静电释放损害和热膨胀系数等效能瓶颈和散热问题,使其功率不能做得很大,亮度低。目前常用的性能比较稳定的大功率LED芯片是1W和3W。可以通过集成芯片提高LED功率,但现在技术还不成熟,主要是需要解决散热问题。也可以通过多珠LED的串、并联或混联实现大功率LED灯具。后两种效率较低,用的较少,多珠LED串联是目前LED灯具在照明领域应用的主流。
LED灯的应用由于LED灯有其它灯具无可比拟的优点,LED灯正以非常快的速度发展并逐渐取代其他灯具,现在LED灯已经被广泛应用在各照明领域中。由于LED体积小,应用灵活,可以排列成各种形状,能够用计算机程序进行控制,所以可以显示出文字、图像、动画、影视等静态和动态的图案。在2008年的北京奥运会开幕式上,LED灯就显示了它无尽的魅力和优势。LED被大量使用在公众显示器中,如各种信号灯、景观照明、广场街道的美化、公共娱乐场所美化、舞台效果照明、建筑照明等。在液晶显示器中,LED被用作电脑、电视机和手机等显示屏幕的背光源。
在交通道路上,LED已经用于可控节能型路灯照明、隧道灯照明、立交桥照明、交通信号灯等。在汽车灯具方面,现在许多轿车的制动灯、位置灯、转向信号灯、后雾灯、倒车灯等灯具都开始采用LED光源。随着LED技术的不断提高,技术问题不断得到解决,大功率LED灯具的不断出现,LED在室内照明、汽车灯具、演播厅、观片灯等领域的应用将会更加普及。
LED虽然有很多优点,但是也存在着许多不足和技术问题有待进一步改进和解决,下面从几个方面对之进行了讨论。
1.大功率LED技术。LED存在静电释放损害和热膨胀系数等效能瓶颈和散热问题,使其功率不能做得很大,亮度低。目前常用的性能比较稳定的大功率LED芯片是1W和3W。可以通过集成芯片提高LED功率,但现在技术还不成熟,主要是需要解决散热问题。也可以通过多珠LED的串、并联或混联实现大功率LED灯具。后两种效率较低,用的较少,多珠LED串联是目前LED灯具在照明领域应用的主流。但是单珠串联有个致命弱点,一颗损坏,整路不通。这是制约大功率LED灯具在照明领域应用的一大瓶颈。提高LED灯具的功率,一是从芯片方面提高功率,另一是优化电路设计提高功率。
2.散热技术。温度是影响LED的一个重要因素,温度升高会使LED的光衰减加快,而芯片结点处的温度直接影响LED的寿命,所以LED散热能力的强弱限制了LED的功率大小。
LED内部的热量主要由LED芯片和印刷电路板工作时产生,对于小功率LED,通过自然传导对流的方式就可以把热量散发出去,但对于大功率LED就要考虑多方面散热。在散热设计上,通常从LED封装散热、电路板散热和增加散热部件等方面考虑。
3.芯片技术和芯片封装技术。芯片技术发展的关键是衬底材料的选择和外延片的生长技术。技术提升的关键都是围绕着降低缺陷密度和如何研发出更高效稳定的器件进行的,而如何提升LED芯片的发光效率则是目前整体技术指标的最重要衡量标准。传统的衬底材料有蓝宝石、Si、SiC,目前比较热门的材料有ZnO、GaN等。制造外延片的主流方法是采用金属有机物化学气相沉积。据2011年LED环球在线报道,美国北卡罗来纳州大学提出了一种新的氮化镓生长工艺,这一新工艺有望把材料的缺陷减低千分之一,从而制造出更高亮度的LED发光二级管。
4.光学设计技术。LED是点光源且方向性好,通过LED点阵设计、透镜和反光装置的设计及二次光学设计甚至三次光学设计,可以达到较理想的配光曲线,这也是光学设计的难点。在整体照明中,需要灯具有较大的照射面,可以使用线性LED灯条配以导光板等技术使之成为面光源。LED汽车信号灯可由反射镜和配光镜组成,通过合理的设计可达到法规配光要求的光形分布。
5.驱动技术。LED恒流驱动一般有电感型和开关电容型两种LED驱动,电感型LED驱动的驱动电流高,LED的端电压低,适用于驱动多只LED的应用。电容型LED驱动常用在大功率LED灯具中,其LED的端电压和电流高,可获得高的功率和发光效率。LED驱动电路的设计根据具体的需要可能会很复杂,但是在电路设计时必需考虑电源要有高的可靠稳定性以及电路要有浪涌保护等多种因素。
LED灯具面临的技术问题除了上述,还有系统设计技术等问题有待进一步提高。此外,在LED行业还没有形成统一的相关标准。
LED节能环保使用寿命长、直流驱动、可回收再利用,太阳能绿色环保无污染,太阳能电池提供的电压是直流电压,若把太阳能与LED灯结合起来使用,LED灯具在应用中就不再需要将交流电变为直流电,从而使使用方便简单。而且我们的社会能源问题和环境污染问题将会得到大大的改善。所以将LED与太阳能结合起来可能是将来照明事业的必然之路。现在这方面的应用还很少,已经有太阳能LED路灯、太阳能LED楼道灯、太阳能LED草坪灯等。
LED节能环保寿命长,随着LED技术水平的不断提升,高功率、高亮度、小尺寸LED灯的不断出现,LED灯具在各照明领域的应用必然会普及,LED灯具必定会深入到人们的日常室内照明、生活、交通之中。LED灯具及LED与太阳能的结合,将会成为未来照明领域的主力军。
一:二十世纪60年代人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识,第一个商用二极管产生于1960年。
二:发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结。70年代中期,引入元素In和N,使LED产生绿光,黄光和橙光,光视效能也提高到1流明/瓦。
三:1989年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成。GaN芯片发蓝光(λp=465nm,Wd=30nm),高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射,峰值550nm。
四:1993年,日本的中村修二成功开发出具高亮度的蓝光发光二极体。相较于传统的日光灯与炽灯泡,LED不仅体积小、环保、省电,寿命更是长达10万小时,发光二极体已跃升为 21世纪照明与显示器的新光源。
五:2018年10月13日,中国科学院院士黄维和该校王建浦教授团队将钙钛矿发光二极管(LED)外量子效率提高到20.7%,较国际同行提升近一半,成果近日在国际学术刊物《自然》正刊发表。
第一只LED是1962年由Holonyak等人利用GaAsP材料制得的红光LED,因为其长寿命、抗电击、抗震等特点而作为指示灯,1968年实现了商业化。
1971年美国RCA实验室的Pankove研究发现了氮化物材料中形成高效蓝色发光中心的杂质原子,并研制出MIS(金属-绝缘体-半导体)结构的GaN蓝光LED器件,这是全球最先诞生的蓝色LED。
1989年GaN的p型掺杂成为发明蓝光LED另一项重大突破,赤崎勇和天野浩的研究小组在全球首次研制出了p-n结蓝色LED。
1997年,Schlotter等人和中村等人先后发明了用蓝光LED管芯加黄光YAG荧光粉实现白光LED。2001年Kafmann等人用UV LED激发三基色荧光粉得到白光LED。