现代照明及发光技术.pptVIP

硫灯 发光效率75-100 lm/W， 显色指数 Ra=79。 寿命为20000小时, (磁控管寿命)。 目前常见的照明器件的技术水平 全球每年耗电量约为1013 kWh，其中21%用于照明。发光效率提高1%每年就能节约20亿美元。 但是，由于所采用的产生光的物理原理本质上是耗散型的，通常的灯泡和灯管未来不太可能显著改善。 ——热 ——大的Stokes位移 ——无辐射跃迁 因此，研发以其他物理原理为基础的高效新光源对于节能是十分重要的。 21世纪初的照明技术 钨白炽灯仍在广泛使用，紧凑型荧光灯(节能灯)由于效率比白炽灯高而正被积极推广 多数工作环境使用荧光灯 街道照明以高压钠灯为主 随着半导体科学技术的进步，高亮度可见光发光二极管已有很多应用，以它为基础的固态照明正在迅猛发展，照明技术又面临着一次革命，我们已处在固体照明时代的黎明 3. 固体照明 Light Emitting Diode 半导体发光二极管照明 1960年 红外GaAs LED 1968 就有把红外LED的长波发射转换为可见光的尝试 1960年代末 可见光LED 1980年代 超亮红、黄、绿光LED 1997 高亮度蓝光发射AlInGaN LED出现后实用的白光LED才成为现实。以短波LED为基础，发展了使用两种或三种颜色混合的白光LED。 白光光源是固体照明技术的最终目标。对于LED最富挑战的应用是替代普通白炽灯和荧光灯。 电子从低到高填充能带中密集的能级。如果恰好填满到某一能带，以上的能带都是空的，由于满带不导电，这些材料是非导体；如果最上面一个能带只是部分填满，材料是导体，部分填满的能带能够起导电作用，称为导带。半导体和绝缘体都是非导体，它们的区别在能隙的宽窄，在0K下，它们都是绝缘体。半导体的能隙较小，升高温度，少数电子能够由最高的满带(价带)顶激发到导带底，具有一定的导电性，电导率比导体小得多。 insulator metal 0 K semiconductor 绝缘体、金属和半导体的能带 3.1. 固体照明的基础——LED 2.6 ZnSe GaN GaAs ZnO Ge Si 半导体材料 3.44 1.43 3.2 二元化合物半导体 0.67 1.14 单质半导体 禁带宽度(eV) (RT) 可见光区：1.59 eV －3.27 eV III V B N Al P Ga As In Sb Tl Bi 发光二极管光谱 III-V族三元系或四元系材料 器件结构(异质结,量子阱) 3. 2. 实现白光LED的方法 1) 白色多芯片(MC)LED 至少由两色LED组成，把不同芯片不同颜色的发射混色。 2) 荧光粉转换(PC)LED 用荧光粉把蓝色或紫外LED的发射转换为长波光。用蓝色LED时，LED发射的一部分蓝光也作为基色之一)。 3. 2. 1荧光粉转换LED 发射蓝光的AlInGaN芯片和发射在黄区的荧光粉 蓝光芯片＋涂敷一层混有环氧树脂的荧光粉。整个结构嵌在透明树脂中。 部分蓝光在荧光粉层中被吸收转换为黄光。其余的蓝色发射漏入透明树脂。 YAl5O12: Ce3+ 460 nm/ 520,580 nm 光谱性质满足二色白光LED的要求 460nm附近的激发峰与蓝光AlInGaN LED的峰值波长一致,也接近最有效的二色体系短波分量所需的波长。 荧光粉的发射光谱与混色得到白光所需的互补分量符合(570到590nm)。 Ce3+在钇铝石榴石中的能级 由AlInGaN LED的蓝光和发射峰值波长略有不同的黄光荧光粉得到色温不同的白光 光谱的光视效能超过 300 lm/W 通用显色指数略小于80。 黄绿色、红紫色、深绿色和深蓝色显色性较差，深红色显色性特差。 1997年高亮度AlInGaN LED发展起来不久，AlInGaN/YAG: Ce 白光LED就商品化了。由于蓝色LED的效率不断提高，这种白光LED发光效率早已超过白炽灯，目前已接近甚至超过了荧光灯。 2000年商品白光LED发光效率14 。 2004年国内商品发光效率61 lm/W 显色指数?80 2006年7月，日本日亚公司推出100 lm/W的白光LED，12月批量生产, 完成了150 lm/W产品的研发 2008年6 月 Osram 136 lm/W 2008年9 月 Philips 141.1 lm/W 2008年12月 Cree 161 lm/W 日本产业界提出的高效率型、高显色型白光LED产品发光效率目标： 140 160 2015 120 130 2010 80 lm/W 100 lm/W 2008 高显色型 高效率型 荧光粉转换形白光LED发光效率的理论上限是270lm/W 108 高压钠灯 84 三基色荧光灯 51 节能灯