来源：照明工程师社区     发布时间：2005-9-23
 
 
    近年来，通用照明白色固体发光二极管（SSL-LED）发光技术的飞速发展已成为全球性的新技术热点，引起了全世界，特别是工业化国家的密切关注。能源问题是困绕着世界各国，特别是工业化国家的一个紧迫问题。通用照明在耗费电能中占了相当大的比例，随着近几年来SSL-LED技术的飞速发展，美、加等先进的工业化国家都加快了该领域的发展步伐，以期实现在通用发光领域用白色SSL-LED取代已使用很久的白炽灯、荧光灯和高强度放电灯的目标。显然，目前世界各国都在静悄悄地进行着一场通用照明用新技术的革命，预期在未来5～10年间SSL-LED市场首先将超过白炽灯，然后是超过荧光灯和高强度放电灯的应用市场。基于上述的预测，美国能源部和光电子产业发展协会共同倡议拟定和制定了两个固体发光照明技术的发展规划。这两条路线也是目前全世界正在走的，即通用照明用无机LED和有机LED（ OLED）。前者正是美国能源部、光电子产业发展协会和国家电子制造厂商协会共同推重的发展途径,比后者更具有优势,而且很可能最先进入通用照明应用领域。 技术发展目标为了保持在全世界的领先地位，美国能源部、光电子产业发展协会和国家电子制造厂商协会共同制定了美国2020年前的通用照明用半导体SSL-LED技术发展规划，并在2002年对该计划执行过程中所遇到的技术难题和发展目标进行了综合性的详细论证、修改和提升，确定了其具体的发展性能参数、发展进度、投资成本和工作成本等。表1列出了半导体SSL-LED在2002～2020年的发展进度和主要的性能参数等，并与传统的白炽灯、荧光灯和高强度放电发光技术作了详细的比较。表1列出的参数中，除了彩色显示这一项指标外，其他目标数据的选择和确定都是基于经济竞争能力的因素，而没有考虑彩色显示的灵活性和可编程序性等“软因素”。表1的最后三行还列出了各种发展技术投入的投资成本和工作寿命决定的成本因素。美国的这一发展规划在时间上从2002年起共分为三个阶段，前两个阶段都为5年，而第三个阶段长达8年；发光效率的指标定位分别是2002年 20lm/W、2002～2007年75lm/W、2007～2012年150lm/W和2012～2020年200lm/W。但从目前世界上白色SSL -LED的发光效率为20～30lm/W来看，所定的指标已超过了目前的白炽灯泡的发光效率（16lm/W）。而使用寿命是关系到这一技术发展前景的又一个关键性参数，该发展战略规划中定的目标为20000～100000h，这是目前为止任何非固体发光装置都望尘莫及的。最终的总付运成本远低于白炽灯、荧光灯和高强度放电灯的5.63$/(Mlm·h)、1.00$/(Mlm·h)和0.83$/(Mlm·h)。仅这些指标就足以显示出半导体SSL- LED技术的优越性和终将取代白炽灯、荧光灯和高强度放电灯技术的前景。显然，该规划是按总付运成本来确定的，即SSL-LED的总付运成本5年内要低于白炽灯，10年内要低于荧光灯和高强度放电灯。与传统的照明技术相比，半导体SSL-LED通用照明技术具有以下独特的优点：体积小，使用方便灵活；发光效率高；功耗低，节省能源；环境保护性好；没有像传统的照明器具那样必需使用玻璃真空封装，无毒气和汞的污染等；易于维护和保养；极长的使用寿命，是传统照明器具的10倍以上；应用范围更为广泛，如城市交通指示灯、车辆照明、航空、军事、工业和家庭等。基于以上的原因，半导体SSL-LED通用照明技术将在以下三方面对美国产生巨大的影响。● 大幅度地节省能源消耗量、节约开支和减少发电厂；● 有利于环境保护；● 使人的视觉感受更加丰富和更为舒适。解决关键性技术课题的途径正如30年前的半导体集成电路正处于幼年时期一样，目前的半导体SSL-LED照明也正处于技术发展阶段，国家在基础研究方面的主要投资对于加速其发展和加快其替换传统的发光技术是该项技术发展的基本保障，是非常必要的。从目前的半导体SSL-LED发光技术发展趋势来看，表1中列出的发展目标确实是切合实际的，而且，这些目标也具有前瞻性。所以由大学、国家实验室和产业界组成的专家团在一起共同对绝大多数需要进行实质性研发的重要课题进行了深入广泛的研究，达成了共识，并对这些重要课题进行了分类。这些课题包括了长期基础研究和短期的工程发展的内容和全过程，解决途径涵盖了下面的几个方面。1、衬底、缓冲层和外延生长技术要求在控制AlGaInN四元化合物组分和掺杂量的全过程中必须对外延设备和机理要有基本的了解，这对拓宽获得禁带纳米工程异质结构途径的可能性是必不可少的。必须通过人造宝石进行体生长，或采用厚、薄缓冲层结合的方式发展低缺陷密度的GaN或AlN衬底制做出有效驱动的器件，使每一块半导体芯片区的光输出达到最大值，同时又能保持器件具有高的发光效率和长寿命。2、 物理学、加工过程和器件对光子产生、控制和提取——对自然和激发发射两种结构中物理学基本知识的全面了解对于最终获得50%的功率转换效率是必不可少的。新的器件设计，特别是无磷白光发光器件的难度极大，而且费用也高。3 、灯泡、发光装置和系统要求对与固体发光技术的现有生产能力和与该项技术相关的潜在特点之间存在的关系有基本的和量化的了解，以便弄清楚固体发光技术有哪些特点和实现固体发光的途径。发展新的高温工作和在蓝光或近紫外光谱区吸收和以近100%量子效率发射三基色光的低退化特性磷对于获得高色彩显示指数的白光是必不可少的。结语美国根据全球SSL-LED白色发光照明技术发展的现况已制定了自己2020年前的发展规划。确定了符合美国实情而又领先世界先进发展水平的阶段性发展目标。从物理学、机理、材料、加工工艺、器件制造、成本到系统应用等诸方面全面地考虑了该项技术发展进程中有可能遇到的技术问题。由于半导体SSL-LED白色发光照明技术采用的是半导体固体发光技术，因而具有体积小、重量轻、功耗低、效率高、耐冲击、寿命长和未来极低成本等一系列传统发光技术无可比拟的优点，在军用、民用、航空与航天和产业等方面具有广阔的应用前景，是目前全球密切关注的热门新技术。