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LED帶來(lái)照明技術(shù)新革命
(時(shí)間:2014-11-28 9:12:25)

  led燈的特點(diǎn)
  led燈光照效率高,既滿足人們的照明要求,也注重照明方式對(duì)環(huán)境和人體的影響。led燈的主要特點(diǎn)是:
  1發(fā)光效率高、耗電量少。發(fā)光效率單位一般為流明/瓦。白熾燈光效在10-15流明/瓦、鹵鎢燈12-24流明/瓦、熒光燈50-90流明/瓦、鈉燈90-140流明/瓦,led燈光效為100-200流明/瓦,而且發(fā)光的單色性好,可直接發(fā)出有色可見(jiàn)光。在同樣照明效果的情況下,耗電量是白熾燈的十分之一,熒光燈的二分之一。
  2工作電壓低、功耗低,方便用于無(wú)交流市電地區(qū)。led的工作電壓低(直流2-3.6v),只需要極微弱電流即可正常發(fā)光。夜景照明中的led燈一個(gè)才0.06瓦,而led路燈一個(gè)才1瓦。利用當(dāng)?shù)氐奶?yáng)能電池就能讓led燈發(fā)光,可給全球15億尚未受益于電網(wǎng)的人們帶來(lái)光明。
  3應(yīng)用非常靈活,可以做成點(diǎn)、線、面各種形式的輕薄短小產(chǎn)品。led的控制極為方便,只要調(diào)整電流,就可以隨意調(diào)光強(qiáng);不同光色的組合變化多端,利用時(shí)序控制電路,更能達(dá)到豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果。
  4超長(zhǎng)壽命、綠色環(huán)保。led是固體冷光源,體積小、重量輕、無(wú)燈絲、無(wú)玻璃泡、不怕震動(dòng),使用壽命可達(dá)5萬(wàn)-10萬(wàn)小時(shí)。光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線,廢棄物可回收,沒(méi)有污染,是典型的綠色照明光源。
  10月7日,瑞典皇家科學(xué)院宣布,日本科學(xué)家、明城大學(xué)教授赤崎勇、名古屋大學(xué)教授天野浩和美籍日裔科學(xué)家、加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校教授中村修二等3人共同獲得2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),以表彰他們?cè)诠タ怂{(lán)光led難題作出的貢獻(xiàn)。正如頒獎(jiǎng)詞中寫(xiě)到的那樣:“白熾燈照亮20世紀(jì),而led燈將照亮21世紀(jì)”。此舉將有力地助推半導(dǎo)體(led)照明的技術(shù)進(jìn)步和普及應(yīng)用。
  led燈是第三代照明電光源
  1879年,愛(ài)迪生將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài),利用熱輻射發(fā)出可見(jiàn)光,發(fā)明了白熾燈,第一次革命性地改變了人們的照明方式。但其電能大部分發(fā)熱耗散,只有很小一部分轉(zhuǎn)化成了光,光效12流明/瓦左右,壽命大約在2000小時(shí)。
  第二代照明電光源出現(xiàn)在20世紀(jì)30年代,經(jīng)濟(jì)大蕭條使照明行業(yè)開(kāi)始注意光照效率,出現(xiàn)了熒光燈,爾后與鎮(zhèn)流器組合成一體則稱為節(jié)能燈。電子鎮(zhèn)流器給燈絲加熱并發(fā)射電子,碰撞燈管內(nèi)的氬原子又撞擊內(nèi)部的汞原子,使汞原子產(chǎn)生電離,并發(fā)出紫外線激起熒光粉發(fā)光。由于熒光燈工作時(shí)燈絲的溫度比白熾燈低很多,壽命達(dá)5000小時(shí)以上,其能量轉(zhuǎn)換效率高可達(dá)50流明/瓦以上,所以節(jié)約電能。但由于汞的沸點(diǎn)低,常溫下即可蒸發(fā),廢棄燈管破碎后可使周?chē)諝庵械墓瘽舛瘸瑯?biāo)上百倍,會(huì)破壞人的中樞神經(jīng)系統(tǒng),一次吸入25毫克汞蒸氣即可致死。
  20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)的第三代照明電光源——led燈,更加節(jié)能且又環(huán)保,是照明行業(yè)的第三次變革。led是一種將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的固態(tài)半導(dǎo)體電子元件。發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片,在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層,稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料中,在p-n結(jié)施加反向電壓時(shí),注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái),從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。利用各種化合物半導(dǎo)體材料及通過(guò)化學(xué)修飾方法,調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和禁帶寬度之變化,設(shè)計(jì)發(fā)出不同顏色的led:砷化鎵二極管發(fā)紅光,磷化鎵二極管發(fā)綠光,碳化硅二極管發(fā)黃光,氮化鎵二極管發(fā)藍(lán)光。led光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理,在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有256級(jí)灰度并任意混合,即可產(chǎn)生256×256×256(即16777216)種顏色,形成不同光色的組合。led組合的光色變化多端,可實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。
  藍(lán)光led開(kāi)啟照明新時(shí)代
  對(duì)于一般照明而言,人們更需要白色的光源。按照光學(xué)原理,人眼所能見(jiàn)的白光,需要由三波長(zhǎng)光(藍(lán)色光+綠色光+紅色光)混合或二波長(zhǎng)發(fā)光(藍(lán)色光+黃色光)混合而成。從1962年出現(xiàn)低光度的紅光led開(kāi)始,長(zhǎng)時(shí)期只有紅色與綠色發(fā)光二極管。白光缺位是由于無(wú)法獲得藍(lán)光。因此,上世紀(jì)80年代以后,藍(lán)光led技術(shù)成為各國(guó)大學(xué)和企業(yè)主攻的戰(zhàn)場(chǎng)。
  1986年,日本名古屋大學(xué)赤崎勇和天野浩兩人首次制成高質(zhì)量的氮化鎵晶體,他們所采用的方法是在藍(lán)寶石襯底上涂上一層氮化鋁材料,并在其上面生長(zhǎng)氮化鎵晶體。此后還在創(chuàng)設(shè)p層工作面上取得突破性進(jìn)展,用掃描電鏡產(chǎn)生的電子流提高p層的效率。1992年,他們終于制成了第一個(gè)發(fā)藍(lán)光的led。而原在日本“日亞”公司的中村修二從1988年開(kāi)始研制藍(lán)光led,并在兩年之后成功地制成了高質(zhì)量的氮化鎵晶體。他的方法是在低溫下生長(zhǎng)一薄層氮化鎵晶體,隨后在稍高的溫度下繼續(xù)進(jìn)行晶體培養(yǎng)。他還采用了一種更簡(jiǎn)單、更便宜的加熱方法創(chuàng)設(shè)p層,并于1992年制成了具有完善功能的p層。 
  藍(lán)光led技術(shù)的出現(xiàn),可以說(shuō)是繼愛(ài)迪生發(fā)明電燈之后,人類照明歷史上最值得夸耀的技術(shù)之一。人類可以使用全新的手段產(chǎn)生白色光源,開(kāi)啟照明新時(shí)代。
  led照明走進(jìn)平民百姓家
  二十一世紀(jì)將進(jìn)入以led為代表的新型照明光源時(shí)代。2008年9月,廈門(mén)市率先在筼筜湖畔沿岸11.2公里步行道安裝了560盞太陽(yáng)能光伏與led光源組合的步道燈,至今已使用六年了。2009年初,為了推動(dòng)中國(guó)led產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,降低能源消耗,科技部推出“十城萬(wàn)盞”半導(dǎo)體照明應(yīng)用示范城市方案,該計(jì)劃涵蓋北京、上海、深圳、武漢、廈門(mén)等21個(gè)國(guó)內(nèi)發(fā)達(dá)城市。實(shí)施的示范工程超過(guò)2000項(xiàng),應(yīng)用的led燈具超過(guò)420萬(wàn)盞,年節(jié)電超過(guò)4億度。目前應(yīng)用得較多的是室外夜景照明,道路、隧道、廣場(chǎng)、地鐵等公共場(chǎng)所照明,路燈和隧道燈。
  美國(guó)從2000年起投資5億美元實(shí)施“國(guó)家半導(dǎo)體照明計(jì)劃”,歐盟也在2000年宣布啟動(dòng)類似的“彩虹計(jì)劃”。我國(guó)科技部在2003年提出“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”,形成了上海、大連、南昌、廈門(mén)、深圳、揚(yáng)州和石家莊等七個(gè)國(guó)家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地。
  雖然現(xiàn)在led燈價(jià)格比傳統(tǒng)照明電光源要高,但其使用一年多時(shí)間的節(jié)能就可收回投資。目前,白光led燈的光效已突破300流明/瓦(理論值為400流明/瓦)。隨著寬譜白光led、偏振led,尤其是有機(jī)led(oled)等技術(shù)的開(kāi)發(fā),led燈性能將進(jìn)一步提高,成本也將不斷降低,其應(yīng)用也更廣泛,節(jié)能又環(huán)保的led燈必將進(jìn)入廣大平民百姓的家。
  led應(yīng)用可分為六類:
  1.室外景觀照明;2.室內(nèi)裝飾照明;3.專用照明,如背光源、照相機(jī)閃光燈、汽車(chē)照明、臺(tái)燈、路燈、隧道燈等;4.安全照明,如礦燈、防爆燈;5.特種照明,如農(nóng)牧漁業(yè)及醫(yī)療保健用無(wú)熱輻射照明燈、治療燈、殺菌燈、農(nóng)作物及花卉等的非視覺(jué)照明燈;6.普通照明,用于辦公室、商店、酒店、家庭照明。


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