照明科学与技术发展报告-半导体照明技术现状及发展趋势

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1、照明科学与技术发展报告 -半导体照明技术现状及发展趋势 照明科学与技术发展报告 -半导体照明技术现状及发展趋势 目 录 照明科学与技术概述 半导体照明技术现状及应用案例 半导体照明技术发展趋势 照明科学与技术概 述 照明学科的内涵照明学科的内涵 人类的生活离不开光，光照射物体，使人类通过眼睛的感光细胞以感知世界，这就 是照明的概念。照明的物质基础是光源，人类每天近一半的时间生活在太阳光下，这是自 然光源，但茫茫的深夜，人类需要人造光源进行照明。人造光源经历了从燃烧木头、油脂 、煤气而产生光的漫长阶段，到 人类的生活离不开光，光照射物体，使人类通过眼睛的感光细胞以感知世界，这就 是照明的概念。照

2、明的物质基础是光源，人类每天近一半的时间生活在太阳光下，这是自 然光源，但茫茫的深夜，人类需要人造光源进行照明。人造光源经历了从燃烧木头、油脂 、煤气而产生光的漫长阶段，到1879年爱迪生发明白炽灯，人造光源从此进入电光源时代 ，实现了质的飞跃。现有的电光源包括以白炽灯、卤钨灯为代表的热辐射光源以及与荧光 灯、高压汞灯、高压钠灯、金卤灯等为代表的气体放电光源。以 年爱迪生发明白炽灯，人造光源从此进入电光源时代 ，实现了质的飞跃。现有的电光源包括以白炽灯、卤钨灯为代表的热辐射光源以及与荧光 灯、高压汞灯、高压钠灯、金卤灯等为代表的气体放电光源。以LED、OLED为代表的固 态照明是近年来照明学科

3、快速发展的技术，这也是本报告的主要内容。 为代表的固 态照明是近年来照明学科快速发展的技术，这也是本报告的主要内容。 照明科学与技术概 述 照明产品发展 史 照明科学与技术概 述 照明学科的现实意义照明学科的现实意义 照明学科的研究对象是人类的光需求，包括视觉相关的光需求与非视觉相关的光 需求，这两者都是通过光照来达到一定的目的。为达到这个应用目的我们关注所花费的 光的数量与实现的照明效果。前者就是照明节能，后者就是照明的评价。由于照明的应 用都是大规模的，因此，照明的节能目前是重要的课题。 近年来，由于不可再生能源的日益消耗，节能受到全世界的重视。据统计，照明用 电占世界用电的近 照明学科的

4、研究对象是人类的光需求，包括视觉相关的光需求与非视觉相关的光 需求，这两者都是通过光照来达到一定的目的。为达到这个应用目的我们关注所花费的 光的数量与实现的照明效果。前者就是照明节能，后者就是照明的评价。由于照明的应 用都是大规模的，因此，照明的节能目前是重要的课题。 近年来，由于不可再生能源的日益消耗，节能受到全世界的重视。据统计，照明用 电占世界用电的近20%。在我国，按照近年来国家发改委公布的数据，大约。在我国，按照近年来国家发改委公布的数据，大约13.6%左右 。这两个数据都是指用于人眼视觉功能的狭义照明。可见，照明节能是节约能源的重要 手段之一。 左右 。这两个数据都是指用于人眼视觉

5、功能的狭义照明。可见，照明节能是节约能源的重要 手段之一。 照明科学与技术概 述 照明光源概述照明光源概述 用于照明的光源主要有荧光灯、白炽灯、金卤灯、高压钠灯、卤钨灯及用于照明的光源主要有荧光灯、白炽灯、金卤灯、高压钠灯、卤钨灯及LED等。等。 LED外的其它光源均已有数十年的发展历史，技术相对成熟，因而目前还是市场的大 多数。但是 外的其它光源均已有数十年的发展历史，技术相对成熟，因而目前还是市场的大 多数。但是LED以其潜在的节能、易控制等优点受到全世界的关注。美国、日本、韩 国、欧盟等相继推出自己的国家计划，并投入大量的人力物力。在这种形势下， 以其潜在的节能、易控制等优点受到全世界的

6、关注。美国、日本、韩 国、欧盟等相继推出自己的国家计划，并投入大量的人力物力。在这种形势下，LED 技术持续快速进步，包括光效每年的快速上升与价格的快速下降。这同时快速推进了技术持续快速进步，包括光效每年的快速上升与价格的快速下降。这同时快速推进了 LED在多种领域的应用，包括指示灯、显示、背光源、普通照明等。这些均是与人眼 视觉相关的照明技术。但 在多种领域的应用，包括指示灯、显示、背光源、普通照明等。这些均是与人眼 视觉相关的照明技术。但LED的特点决定了它具备除视觉之外还有广泛的应用，即的特点决定了它具备除视觉之外还有广泛的应用，即 LED的非视觉应用。本文从光效等方面将的非视觉应用。本

7、文从光效等方面将LED与传统光源进行比较，并分析了与传统光源进行比较，并分析了LED的 一些应用前景。 的 一些应用前景。 照明科学与技术概 述 1879 爱迪生 发明灯 泡 1901 出现荧光灯 1919 出现金属 钠灯 1970 第一个 发红光 的LED 1990 高亮度 的LED 红、 黄、绿 1995 高亮度的 LED蓝、 白 2000 白色LED 的光通量 (17lm/w) 2005 白色LED 的光通量 (70lm/w) 2008 白色LED 的光通量 (100lm/w) 2013 白色LED 的光通量 超过 (150lm/w) LED照明产品发展史 照明科学与技术概 述 1.几种

8、传统光源简述1.几种传统光源简述 （1）热辐射光源，包括普通白炽灯、卤钨灯等。这些光源都是以黑体辐射为基础的 ，光谱主要是普朗克曲线或近似普朗克曲线。这类光源往往含有大量的红外线，因而限 制了它效率的提高与使用。这类光源价格便宜，但是这类光源在全世界范围内已经是逐 步被淘汰的。 ）热辐射光源，包括普通白炽灯、卤钨灯等。这些光源都是以黑体辐射为基础的 ，光谱主要是普朗克曲线或近似普朗克曲线。这类光源往往含有大量的红外线，因而限 制了它效率的提高与使用。这类光源价格便宜，但是这类光源在全世界范围内已经是逐 步被淘汰的。 照明科学与技术概 述 （2）低气压放电灯，目前以荧光灯为主。这是一类光源，包括

9、日光灯、节能灯（紧凑型荧 光灯）、冷阴极荧光灯等。这类光源以低气压汞辐射为基础，发射 ）低气压放电灯，目前以荧光灯为主。这是一类光源，包括日光灯、节能灯（紧凑型荧 光灯）、冷阴极荧光灯等。这类光源以低气压汞辐射为基础，发射253.7nm的紫外线（也有杀 菌等特种用途的 的紫外线（也有杀 菌等特种用途的365nm），经过荧光粉二次辐射发射可见光。由于技术上一个紫外线光子只能 二次发射一个可见光光子，因此，接近 ），经过荧光粉二次辐射发射可见光。由于技术上一个紫外线光子只能 二次发射一个可见光光子，因此，接近55%的斯托克斯损失在所难免，这是这类光源的能量效 率的理论极限。无极荧光灯也是这一类，只

10、是技术上它没有电极而已。 与第一类光源相比，这类光源具有很大的优势，即 的斯托克斯损失在所难免，这是这类光源的能量效 率的理论极限。无极荧光灯也是这一类，只是技术上它没有电极而已。 与第一类光源相比，这类光源具有很大的优势，即5倍以上的光效及近倍以上的光效及近10倍的寿命。因此， 这类光源目前是照明的主要光源，特别是在室内照明领域占主导地位。这也造就了 倍的寿命。因此， 这类光源目前是照明的主要光源，特别是在室内照明领域占主导地位。这也造就了LED在与它 竞争市场时，采用形状、性能接近的所谓替代模式，如球泡灯、 在与它 竞争市场时，采用形状、性能接近的所谓替代模式，如球泡灯、LED灯管等。灯管

11、等。 照明科学与技术概 述 （3）HID光源，是一大类，是高强度放电灯的缩写。包括高压钠灯、金卤灯、微波硫灯等 。这类光源一个共同的特点是，其高强度放电是建立在高气压基础上的，而高温度是引发 高气压的必要因素。如高压钠灯放电管温度超过 光源，是一大类，是高强度放电灯的缩写。包括高压钠灯、金卤灯、微波硫灯等 。这类光源一个共同的特点是，其高强度放电是建立在高气压基础上的，而高温度是引发 高气压的必要因素。如高压钠灯放电管温度超过1000，金卤灯超过，金卤灯超过2000。这样高的温 度必然造成与周边温度的梯度，而高的温度梯度引起散热能量损失。这是这类光源的能量 效率提高的瓶颈。但是这类灯与 。这样

12、高的温 度必然造成与周边温度的梯度，而高的温度梯度引起散热能量损失。这是这类光源的能量 效率提高的瓶颈。但是这类灯与LED光源比较有一个很大的特点，即灯的价格与光源的功 率没有大的关系。 光源比较有一个很大的特点，即灯的价格与光源的功 率没有大的关系。 照明科学与技术概 述 2.固态光源简述2.固态光源简述 以上分析的几种光源，除白炽灯外，荧光灯、以上分析的几种光源，除白炽灯外，荧光灯、HID等都属于气态光源，主要是因为 其发光机理中发光物质都是在气态。与之相对应， 等都属于气态光源，主要是因为 其发光机理中发光物质都是在气态。与之相对应，LED、OLED及场致发光属于固态光 源。其中，场致发

13、光由于应用前景较小，已经不是研究热点。 及场致发光属于固态光 源。其中，场致发光由于应用前景较小，已经不是研究热点。LED、OLED是目前照明 领域的研究热点。 是目前照明 领域的研究热点。 （1）LED LED是近年快速发展的光源。它的发光原理与传统光源完全不同。是近年快速发展的光源。它的发光原理与传统光源完全不同。LED是通过电注入 形成电子能级跃迁，这种跃迁有两种形式，辐射跃迁与非辐射跃迁，前者发光后者不发光 。 目前不同波长的 是通过电注入 形成电子能级跃迁，这种跃迁有两种形式，辐射跃迁与非辐射跃迁，前者发光后者不发光 。 目前不同波长的LED的内量子效率不同，市场上用于产生白光的蓝光

14、，其内量子效率 约为 的内量子效率不同，市场上用于产生白光的蓝光，其内量子效率 约为60%70%，出光效率约为，出光效率约为50%左右的光。可以计算出外量子效率约为左右的光。可以计算出外量子效率约为30%40%。 根据 。 根据LED的光谱，可以计算出的光谱，可以计算出LED的辐射光效理论为的辐射光效理论为350370lm/W左右，这是左右，这是LED所能 达到的最大理论光效。可以预见， 所能 达到的最大理论光效。可以预见，LED的最终光效不可能达到这个理论值，但如果可以到 达理论值的 的最终光效不可能达到这个理论值，但如果可以到 达理论值的60%，则为，则为200lm/W左右。这是非常诱人的

15、光效。而目前各种报道，显示这个 指标是可以实现的。 左右。这是非常诱人的光效。而目前各种报道，显示这个 指标是可以实现的。 照明科学与技术概 述 LED发展计划-美国LED行业的 预测 LED发展计划-美国LED行业的 预测 照明科学与技术概 述 世界各国政府LED发展计划世界各国政府LED发展计划 照明科学与技术概 述 （2）OLED 有机发光二级管（有机发光二级管（OLED）的发光原理与）的发光原理与LED类似，它是在两个电极间夹有多 个有机薄膜层，通过电极间施加电压而发光。 除显示领域外， 类似，它是在两个电极间夹有多 个有机薄膜层，通过电极间施加电压而发光。 除显示领域外，OLED在照

16、明领域也有很大的应用空间。但由于它是面光源，将 不适合做定向照明的光源，这点与 在照明领域也有很大的应用空间。但由于它是面光源，将 不适合做定向照明的光源，这点与LED恰恰成为可以互补的两种光源。作为面光源 ， 恰恰成为可以互补的两种光源。作为面光源 ，OLED将在室内大面积照明、装饰照明等具有很大的应用前景。将在室内大面积照明、装饰照明等具有很大的应用前景。 照明科学与技术概 述 3.LED的亮点3.LED的亮点 人类的照明需求是多种多样的。有些是视觉的，有些是非视觉的。传统光源可以满足部 分这些需求，但有些是不可以的，或者要以付出很大的代价才可以的。 如交通信号灯，由于没有单色光谱的光源，被迫采用白炽灯加滤光片的方式，以很低的能 量效率实现。再如，胃镜检测，由于光源太大不足以放入体内，于是采用光纤并牺牲指标而 实现。 人类的照明需求是多种多样的。有些是视觉的，有些是非视觉的。传统光源可以满足部 分这些需求，但有些是不可以的，或者要以付出很大的代价才可以的。 如交通信号灯，由于没有单色光谱的光源，被迫采用白炽灯加滤光片的方式，