传统光源和固体光源的综合评述[5]

　　4． 固体光源开始进入光源领域

　　固体光源中的LED光源近十年的科技进步上新突破简直达到日新月异的程度,它的历史发展趋势见图5所示. LED实际上是一种将电能转换成光能的半导体元件,它的原材料主要是化学元素表上的Ⅲ-Ⅴ族或Ⅱ-Ⅳ族化合物的半导体,例如: GaAs,GaP,AlxGa1-xAs和ZnSe等材料,当这样一个P-N结二极管被加上正向电压时,电子和空洞的移动所形成的电流会使二者产生复合,而复合过程中产生的过剩的能量就会以光能辐射出来。近年来LED光电辐射的转换效率得到极大的提高,例如, PHILIPS LUMILEDS公司,OSRAM公司,NICHIA公司和CREE公司在大功率高光效白光LED产品处于领先地位,PHILIPS LUMILEDS公司声称其1×1mm2单个LED芯片在350毫安电流下,发光效率已达115lm/W。CREE公司2008年初市场上出售的1瓦白光LED产品,发光效率达到118lm/W。2007年国际上先进的大功率白光LED产业化水平,其发光效率普遍达到60-90lm/W,节能效果已具有相当吸引力，而到2009年，150lm/W的高光效白光LED芯片各大公司已普遍达标，产业化水平也达到100lm/W。LED兼具有节能,环保,安全,寿命长,低耗,低热,色光,白光,防震,防水,微型,高亮度,易调光,光束集中和减少维修等15项优点,它一定会给现代社会生活质量的提高带来不可估量的影响, 其前途无量的结论已被公众认可,人们正以最大热情和宝贵的时间、财力及精力,投入到LED照明产品的研究、开发、生产和应用之中,希望它能更快成熟茁壮成长为照明领域的主角,在人类文明社会中发挥更大的作用。

图5  LED的发展过程

　　目前 LED在照明领域的发展潜力很大,但它作为照明主体的研究艰难和产品质量远没成熟也是不争的事实,据全球2006年LED产品在国民经济应用中的统计,它的48%产品应用在移动设备中,14%在显示应用,15%在汽车照明,2%在信号灯光,照明应用仅占5%,其它应用16%.这可让我们清楚看出LED光源远还不是照明领域的主要产品. 实际上,现在市场上被人们广泛认可的LED产品主要是:手机背景光源,交通信号灯,机场标灯,机场跑道灯,手电筒灯,头灯,草坪灯,街灯,台灯,太阳能应用灯,游泳池灯,警灯,路障灯,景观灯,变色灯,闪光灯, 地投灯,地埋灯,建筑物装饰灯,加油站燃料库灯和车灯等, LED取代传统光源应用于道路和隧道照明正成为当前国内外照明研究和推广应用的热点，但其驱动电路，非光学成像设计，散热改进，光衰问题和价格过高的瓶颈口是客观存在，需要我们理性地面对和正视。

　　LED科技进步的关键措施,首先是固体物理的半导体和光源照明的研究要加快融合互相渗透,增进彼此了解合作攻关, 其次,要改进和提高LED的制造工艺和技术性能,如它的芯片制作,芯片材料,发光效率,散热性能,延长寿命,封装方式,封装材料,驱动特性和性价比等都有大量的研究工作需要进行. 目前LED的转换效率欠佳,仅约20%电能是转换成光,而80%的电能转化成热能,因此从芯片的制作来改善内量子效率,从而提高它的发光效率潜力很大,另外在LED的封装亦即从外量子效率的改进来提高LED的发光效率,包括通过合理的光学非成像设计,或是选用优质的封装材料和合适的荧光粉选择都能不同程度地提高LED发光效率，通过蓝光和黄色荧光粉发白光的LED，还必须解决黄色荧光粉. 而散热的改善更是目前LED发展必须突破的关键瓶颈口,,如散热欠佳就会造成LED光色的改变,还会使发光效率和寿命明显降低,实验证明LED的PN结温度超过正常温度1度,LED寿命可能就会降低一半,所以目前正在尝试将先进的”热管”冷却技术用到LED的散热之中. 另外LED还必须考虑性价比问题,目前高发光效率的1瓦白光LED价位约20元人民币,那么一个15瓦的LED光源就要超过300元,对比15瓦的白炽灯才0.5元和15瓦优质节能灯8元的价位,显然LED的价位要降低。再则，LED照明光源的测试和产品标准迫切需要制定和完善,过去传统光源的测试方法和产品标准可以借鉴,但绝不能简单加以取代,甚至于对色度学,光度学和辐射度学的理论也需根据LED特点加以完善和深化. 最后,还应从人类功效学的观点出发,即综合考虑生理学,心理学和物理学的影响,目前国际上从认知理论的视觉科学出发,对LED光源如何有益于人们健康和生活舒适,以及提高工作效率的正确应用,加以研究和开展大量的实验工作.

　　LED正方兴未艾，另一固体光源又悄然崛起，有机发光两极管（OLED），OLED是继CRT、PDP和LCD之后的第三代显示器。OLED同时又是一种新型固态光源，这种光源易于实现超薄结构和任意开关，与LED一样具有高效、环保和安全等优势。OLED厚度可以小于1毫米，仅为LCD屏幕的1/3，并且重量也更轻；固态结构，没有液体物质，因此抗震性能更好，不怕摔；几乎没有可视角度的问题，即使在很大的视角下观看，画面仍然不失真；响应时间是LCD的千分之一，显示运动画面绝对不会有拖影的现象；低温特性好，在零下40度时仍能正常显示，而LCD则无法做到；制造工艺简单，成本更低；发光效率更高，能耗比LCD要低；能够在不同材质的基板上制造，可以做成能弯曲的柔软显示器。

图6. 如纸般薄的OLED

　　由于OLED众多的优越的特性，使其正逐渐受到更多的关注，其贸易额也呈现逐年递增的局面。

图7. 2002－2006年全球OLED产业出货额及其发展速度

　　2013年全球OLED电视机市场预计将达14亿美元。据市场研究公司iSuppli最新发表的研究报告称，2013年全球OLED （有机发光二极管）电视机出货量将从2007年的3000台增长到280万台，复合年增长率为212.3%。从全球销售收入看，2013年全球OLED电视机的销售收入将从2007年的200万美元增长到14亿美元，复合年增长率为206.8%，其发展形势之迅猛是传统光源所不及的。2008年，美国固态照明共有51个项目计划，总经费为7470万美元，其中OLED照明共有25个项目，总经费为3690万美元，占所有项目的49.4%。可以说OLED照明虽然在市场上尚未与LED分庭抗礼，但是在研发上，正成为固态照明非常重要的一部分与LED平分天下。OLED的研究和发展同样应该受到国内广大照明界同仁的关注和重视。

　　四    结束语

　　在人类进入21世纪新时代之际，人们对节约能源、节省资源、保护环境、实现高效、合理、舒适、便捷的照明越来越重视。经过过去一百多年来的努力和探索，光源从发光机理、结构、材料、工艺等经历了质的飞跃，品种和规格得到更新换代，电光源家族兴旺昌盛。相信随着世界各国电光源科技人员继续努力，一定能促进照明科技的进一步进步和发展，让人们能在降低环境污染前提下，工作和生活在更明亮、更舒适的照明环境之中。

　　参考文献：

　　1 J.R.Coaton& A.M.Marsden ， Lamps & Lighting  Fourth Edition 1997,
　　Londen ,Great Britain.
　　2 板东完治，LED，照明学会会志，2001年，85卷1期，P22 ~ P24
　　3 U. Kogelschatz Plasma Chemistry & Plasma Processing, 23 (2003) 1.
　　4 Light& Light Sources ,  Peter Flesch  Springer Berlin Heidelberg New York，2006
　　5.  M. Shido, Y. Onoda, T. Serita and M. Kando: Proc. Of LS10 (France,2004) 543
　　6. Y. Natukawa, M. Sano, T. Sakamoto, T. Yamada,T. Mukai:  Recent Developments of High Efficiency White Light Emitting Diodes, Precented at ICNS7, Las Vegas,CA, Sept.16-21 (2007)

　　编辑：Sophy