文档介绍：第1章绪论
本章介绍了论文的研究背景、目的和意义,LED的相关知识,并对国内外LED技术的发展和应用做了简要综述。
选题的背景及意义
随着全球经济的迅速发展,能源消耗以惊人的速度增长,伴随而来的则是大量的环境污染和生态破坏。在电能消耗中,照明用电占发电总量的比例:发达国家是19%,我国是10%。随着经济发展,我国的照明用电将有大比例的提高,绿色节能照明的研究应用越来越受到重视。开发和推广应用节能灯具,成为迫在眉睫的任务。LED照明就是在这样的形势下发展起来的。
传统光源白炽灯发热量大、耗电、发光效率较低、使用寿命短。荧光灯管显色性较差(光谱是断续的)特别是它的频闪效应,容易使人眼产生错觉,需要在设计上采取措施消除频闪效应,另外灯管内存在着有毒的汞蒸汽,不环保[1]。LED光源与常见光源效率典型数据对比如表1-1所示。
LED光源与常见光源效率典型数据对比
灯具光源种类
光源光效(LM/W)
灯具效率(X%)
灯具有效光效(LM/W)
LED光源
90-130
90%
1-117
HPS高压钠灯
100-130
55%
55-72
Halide金卤灯
80
55%
44
CPL型节能灯
60-70
60%
36-42
无极灯
60(大功率50)
60%
36(30)
白炽灯
15
——
——
普通荧光灯
60-80
70%
42-56
该课题研究的照明光源采用的是白光二极管,白光LED具有如下特点:低电压驱动,最低可用2V电压驱动;体积小,一般直径3-5mm,用于被光照明的体积更小;重量轻,显色性好,显色指数超过90,超过荧光灯,接近白炽灯的显色性能,接近自然光;调光性能好、寿命超过10Wh、耐振动、不易损坏、色温变化时不会产生视觉误差,生产过程无汞和铅的污染,将成为替代白炽灯和荧光灯的高效节能光源。
近几年来,LED的发光效率已增长了100倍,而成本下降了10倍。在目前LED光源及市场开发中,极具发展与应用前景的是照明用LED,其用作固体照明器件的经济性显著,且有利于环保,正逐步取代传统的白炽灯。LED已被全球公认为新一代的环保型高科技光源[2]。
LED照明的国内外研究现状
我国LED的发展起步于20世纪60年代。1970年11月在上海召开的全国砷化镓学术交流会议上,报告了用水汽外延法制成“磷砷化镓红色发光二极管”的研究成果,从此我国LED材料和器件研发正式起步。20世纪80年代形成LED产业,90年代LED产业已经初具规模,90年代后期得到迅猛发展,1997年在国家自然科学基金的支持下,北京大学率先研制出国内第一只蓝光发光二极管。几年后南昌大学在国际上率先开发成功硅衬底蓝光LED材料与芯片的生产技术,实现批量生产,成为具有自主知识产权的第三种发光二极管外延材料与芯片的技术路线;到2003年上海、大连、南昌、厦门已成为国家四大半导体照明基地,中国的LED照明开始了快速的发展。
2008年9月,CREE成功研制出冷白光LED,效率达107 lm/W。这项成果来自于CREE的EZBright® LED芯片平台,得到了能源部的资金资助。是能源部光子晶体芯片项目的一部分,这个项目的目的是改善光的提取率和研发出新的封装技术,得到比传统LED更高的下转换(down-conversion)效率。该LED有一平方毫米,色温为5500K,
显色指数为73,在单一模块封装中集成了4个LED芯片,能够产生大于450流明的光通量。
美国波士顿的Photonics Research研究中心报道了LED技术方面的新进展,声称光效达到330lm/W。这种被称作photon-rectcling的半导体光源可发出蓝、黄两种波长的光。所发出的光能使人感到的是白光。这种光效,与目前市场上的LED比要高10倍甚至更高。不过,应该指出,从实验室到商业化的产品这条路也许还十分漫长[13]。
奥地利的照明设计公司已完成一项大型实验,采用了14000只白光和彩色LED的混合照明整个房间。光照水平达到600-700Lux,足够一间普通办公室的照明。用计算机计算白光,蓝光,蓝/绿光,琥珀和红光二极管的混合效果,以获得2500-3000K的暖色温,其显色指数非常接近最好的荧光灯。
由于LED产业不断涌现新技术、新产品、新应用,呈现出了朝阳工业的欣欣向荣的景象,可以相信,半导体技术不仅不会被其他技术取代,而且会继续沿着原来的轨道向前发展。半导体照明技术由于技术的先进性和产品使用的广泛性,已经被广泛认为是最具发展潜力的高科技领域之一。半导体照明产业具有明显的节能和环保效果,也被认为是一个战略性的高技术产业[3].
LED相关知识
LED