來源：照明工程師社區(qū)     發(fā)布時間：2005-9-23
 
 
    近年來，通用照明白色固體發(fā)光二極管（SSL-LED）發(fā)光技術的飛速發(fā)展已成為全球性的新技術熱點，引起了全世界，特別是工業(yè)化國家的密切關注。能源問題是困繞著世界各國，特別是工業(yè)化國家的一個緊迫問題。通用照明在耗費電能中占了相當大的比例，隨著近幾年來SSL-LED技術的飛速發(fā)展，美、加等先進的工業(yè)化國家都加快了該領域的發(fā)展步伐，以期實現(xiàn)在通用發(fā)光領域用白色SSL-LED取代已使用很久的白熾燈、熒光燈和高強度放電燈的目標。顯然，目前世界各國都在靜悄悄地進行著一場通用照明用新技術的革命，預期在未來5～10年間SSL-LED市場首先將超過白熾燈，然后是超過熒光燈和高強度放電燈的應用市場�；�于上述的預測，美國能源部和光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)會共同倡議擬定和制定了兩個固體發(fā)光照明技術的發(fā)展規(guī)劃。這兩條路線也是目前全世界正在走的，即通用照明用無機LED和有機LED（ OLED）。前者正是美國能源部、光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)會和國家電子制造廠商協(xié)會共同推重的發(fā)展途徑,比后者更具有優(yōu)勢,而且很可能最先進入通用照明應用領域。 技術發(fā)展目標為了保持在全世界的領先地位，美國能源部、光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)會和國家電子制造廠商協(xié)會共同制定了美國2020年前的通用照明用半導體SSL-LED技術發(fā)展規(guī)劃，并在2002年對該計劃執(zhí)行過程中所遇到的技術難題和發(fā)展目標進行了綜合性的詳細論證、修改和提升，確定了其具體的發(fā)展性能參數(shù)、發(fā)展進度、投資成本和工作成本等。表1列出了半導體SSL-LED在2002～2020年的發(fā)展進度和主要的性能參數(shù)等，并與傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈和高強度放電發(fā)光技術作了詳細的比較。表1列出的參數(shù)中，除了彩色顯示這一項指標外，其他目標數(shù)據(jù)的選擇和確定都是基于經(jīng)濟競爭能力的因素，而沒有考慮彩色顯示的靈活性和可編程序性等“軟因素”。表1的最后三行還列出了各種發(fā)展技術投入的投資成本和工作壽命決定的成本因素。美國的這一發(fā)展規(guī)劃在時間上從2002年起共分為三個階段，前兩個階段都為5年，而第三個階段長達8年；發(fā)光效率的指標定位分別是2002年 20lm/W、2002～2007年75lm/W、2007～2012年150lm/W和2012～2020年200lm/W。但從目前世界上白色SSL -LED的發(fā)光效率為20～30lm/W來看，所定的指標已超過了目前的白熾燈泡的發(fā)光效率（16lm/W）。而使用壽命是關系到這一技術發(fā)展前景的又一個關鍵性參數(shù)，該發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中定的目標為20000～100000h，這是目前為止任何非固體發(fā)光裝置都望塵莫及的。最終的總付運成本遠低于白熾燈、熒光燈和高強度放電燈的5.63$/(Mlm·h)、1.00$/(Mlm·h)和0.83$/(Mlm·h)。僅這些指標就足以顯示出半導體SSL- LED技術的優(yōu)越性和終將取代白熾燈、熒光燈和高強度放電燈技術的前景。顯然，該規(guī)劃是按總付運成本來確定的，即SSL-LED的總付運成本5年內(nèi)要低于白熾燈，10年內(nèi)要低于熒光燈和高強度放電燈。與傳統(tǒng)的照明技術相比，半導體SSL-LED通用照明技術具有以下獨特的優(yōu)點：體積小，使用方便靈活；發(fā)光效率高；功耗低，節(jié)省能源；環(huán)境保護性好；沒有像傳統(tǒng)的照明器具那樣必需使用玻璃真空封裝，無毒氣和汞的污染等；易于維護和保養(yǎng)；極長的使用壽命，是傳統(tǒng)照明器具的10倍以上；應用范圍更為廣泛，如城市交通指示燈、車輛照明、航空、軍事、工業(yè)和家庭等�；�于以上的原因，半導體SSL-LED通用照明技術將在以下三方面對美國產(chǎn)生巨大的影響。● 大幅度地節(jié)省能源消耗量、節(jié)約開支和減少發(fā)電廠；● 有利于環(huán)境保護；● 使人的視覺感受更加豐富和更為舒適。解決關鍵性技術課題的途徑正如30年前的半導體集成電路正處于幼年時期一樣，目前的半導體SSL-LED照明也正處于技術發(fā)展階段，國家在基礎研究方面的主要投資對于加速其發(fā)展和加快其替換傳統(tǒng)的發(fā)光技術是該項技術發(fā)展的基本保障，是非常必要的。從目前的半導體SSL-LED發(fā)光技術發(fā)展趨勢來看，表1中列出的發(fā)展目標確實是切合實際的，而且，這些目標也具有前瞻性。所以由大學、國家實驗室和產(chǎn)業(yè)界組成的專家團在一起共同對絕大多數(shù)需要進行實質性研發(fā)的重要課題進行了深入廣泛的研究，達成了共識，并對這些重要課題進行了分類。這些課題包括了長期基礎研究和短期的工程發(fā)展的內(nèi)容和全過程，解決途徑涵蓋了下面的幾個方面。1、襯底、緩沖層和外延生長技術要求在控制AlGaInN四元化合物組分和摻雜量的全過程中必須對外延設備和機理要有基本的了解，這對拓寬獲得禁帶納米工程異質結構途徑的可能性是必不可少的。必須通過人造寶石進行體生長，或采用厚、薄緩沖層結合的方式發(fā)展低缺陷密度的GaN或AlN襯底制做出有效驅動的器件，使每一塊半導體芯片區(qū)的光輸出達到最大值，同時又能保持器件具有高的發(fā)光效率和長壽命。2、 物理學、加工過程和器件對光子產(chǎn)生、控制和提取——對自然和激發(fā)發(fā)射兩種結構中物理學基本知識的全面了解對于最終獲得50%的功率轉換效率是必不可少的。新的器件設計，特別是無磷白光發(fā)光器件的難度極大，而且費用也高。3 、燈泡、發(fā)光裝置和系統(tǒng)要求對與固體發(fā)光技術的現(xiàn)有生產(chǎn)能力和與該項技術相關的潛在特點之間存在的關系有基本的和量化的了解，以便弄清楚固體發(fā)光技術有哪些特點和實現(xiàn)固體發(fā)光的途徑。發(fā)展新的高溫工作和在藍光或近紫外光譜區(qū)吸收和以近100%量子效率發(fā)射三基色光的低退化特性磷對于獲得高色彩顯示指數(shù)的白光是必不可少的。結語美國根據(jù)全球SSL-LED白色發(fā)光照明技術發(fā)展的現(xiàn)況已制定了自己2020年前的發(fā)展規(guī)劃。確定了符合美國實情而又領先世界先進發(fā)展水平的階段性發(fā)展目標。從物理學、機理、材料、加工工藝、器件制造、成本到系統(tǒng)應用等諸方面全面地考慮了該項技術發(fā)展進程中有可能遇到的技術問題。由于半導體SSL-LED白色發(fā)光照明技術采用的是半導體固體發(fā)光技術，因而具有體積小、重量輕、功耗低、效率高、耐沖擊、壽命長和未來極低成本等一系列傳統(tǒng)發(fā)光技術無可比擬的優(yōu)點，在軍用、民用、航空與航天和產(chǎn)業(yè)等方面具有廣闊的應用前景，是目前全球密切關注的熱門新技術。