理论教育 发光二极管(LED):照明革命的引领者?

发光二极管(LED):照明革命的引领者?

时间:2023-05-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:欧盟率先淘汰白炽灯,推广LED灯具。LED是发光二极管的英文缩写。多晶型使用两个或两个以上互补的2色LED发光二极管,或把3原色LED发光二极管混光形成白光。LED具有其他光源无可比拟的节能环保优势,在同样的照明效果下,LED的耗电量仅相当于普通灯泡的1/10。所以,发展高效、环保并节能的白光LED照明光源是非常必要的。LED灯将是划时代意义的照明革命。

发光二极管(LED):照明革命的引领者?

德国之声电台网站2012年9月1日报道:从即日起,欧盟范围内禁售白炽灯泡白炽灯泡的发光效率仅为5%,其余95%全部为热量消耗。现在照明灯市场上,节能高效的LED灯具无疑是一个绝佳的选择。

欧盟率先淘汰白炽灯,推广LED灯具。

LED灯是什么?LED是发光二极管的英文缩写。它是一种由铟、镓、砷和磷组成的如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)、InGaP(磷镓化铟)等制成的电致发光半导体二极管,其制造是一个非常复杂的过程。

取代白炽灯成为照明灯的LED,它是一种白光LED。白光LED发光的方式主要按其使用发光二极管的数量可以分为单晶型和多晶型两种类型。

一种是单晶型,即一只单色的LED发光二极管加上相应的荧光粉,就如同日光灯的发光方式一样,采用LED发光二极管激发荧光粉来发光。这种单晶型通常也有两种方式,一种方式是蓝光LED发光二极管激发黄色荧光粉产生白光,另一种方式是紫外光LED激发RGB三波长荧光粉来产生白光。多晶型使用两个或两个以上互补的2色LED发光二极管,或把3原色LED发光二极管混光形成白光。采用多晶型产生白光的方式,由于不同色彩的LED发光二极管的驱动电压、发光输出、温度特性及寿命各不相同,因此会比单晶型LED产生白光的方式复杂,同时因LED发光二极管的数量多,也使得多晶型LED的成本较高。若采用单晶型,则只要用一种单色LED发光二极管元素即可,而且在驱动电路的设计上会较为容易。目前,多采用单晶型。

这样一来,就需要两种材料,一是构成芯片的发光二极管和微电子级硅(一种由复杂工艺生产的微电子级别的多晶硅,然后在高温高压的洁净环境空间里由多晶硅生长出单晶硅,之后切成电子硅片),发光二极管大多是由铟、镓、氮或磷组成的半导体构成的;二是荧光粉。它具有特殊的能级跃迁和发光性能,可以制成多种荧光发光材料。1974年PHILIPS公司首先合成了含有铈、铽、铕等稀土金属的三基色荧光粉。在新型电光源中,目前用量最大的是稀土三基色荧光灯,它与普通的白炽灯相比,节电率可高达80%,是一种绿色照明产品。

这两种材料精准绝伦的配合,就制造成了用作照明的白光LED。

随着各种颜色的LED相继研制成功,LED从最初仅用作仪器仪表的指示光源,发展到了交通信号灯、高位刹车灯(汽车上的第三刹车灯)、显示屏(单色、双色、全色,户内、室外全天候)、手机彩灯装饰(轮廓灯、椰树灯、烟花灯),再到现在的城市亮化工程中的各种照明与装饰灯。2010年以后已经进入了普通百姓家,成为了普通照明灯。

大家可能会问,节能灯只比LED灯消耗的能量多一点点,且价格目前比LED灯要便宜得多,为什么替代的照明工具不是节能灯呢?节能灯的最大问题是内含水银,一种蒸汽状的汞金属,很不环保而且打开开关之后,经常发生开灯时间延迟,另外它的亮度和寿命也不及LED灯。

2012年,我国的一项规划把LED灯照明引向风口浪尖。我国2011年发布的《关于逐步禁止进口销售普通照明白炽灯的公告》规定,从2012年10月1日起,按照功率大小分阶段逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯。

《公告》明确我国逐步淘汰白炽灯的路线图分为5个阶段:

2011年11月1日至2012年9月30日为过渡期;(www.daowen.com)

2012年10月1日起禁止进口和销售100瓦及以上普通照明白炽灯;

2014年10月1日起禁止进口和销售60瓦及以上普通照明白炽灯;

2015年10月1日至2016年9月30日为中期评估期;

2016年10月1日起禁止进口和销售15瓦及以上普通照明白炽灯,或视中期评估结果进行调整。

LED具有其他光源无可比拟的节能环保优势,在同样的照明效果下,LED的耗电量仅相当于普通灯泡的1/10。将我国1/4的照明灯换成LED,1年可节约相当于1个三峡电站的发电量。在特殊照明领域,景观照明(替代霓虹灯)可节能70%,交通信号灯(替代白炽灯)可节能80%,工矿用灯(替代金卤灯工矿灯)可节能78%。此外,LED的使用寿命也比普通灯泡长100倍,光线质量高且稳定。因为LED运用的是冷光源,因此眩光少、无辐射,使用中也不会发出有害物质,而且废弃物可回收,没有污染。

图3-3 精美绝伦的LED画卷——2008年奥运会开幕式的精彩画面

但是,LED光源的致命弱点就是价格。三星LED中国区总经理唐国庆在2014年9月16日中国LED照明产业网组织的无封装LED研讨会上表示:“今天量产正装LED的光效可以达到每瓦150流明,而我们目前的CSP封装LED的光效还只能达到每瓦110流明,不过到今年底有希望做到每瓦130流明。”同时还透露他们最大可以做出288瓦的FCOM,而且成本只有每瓦0.6元。也就是说,家庭用灯40~60瓦的灯具价格可以下降到24~36元,和节能灯的价格差不多了。

据统计,我国的照明用电占全国年用电量的13%。按这种水平计算,到2020年,照明用电量将达到6 500亿千瓦时,相当于6~7座三峡水电站的发电量。如果到那时,全部换成LED照明,每年可以节约的电量将相当于6~7座三峡水电站的发电量。所以,发展高效、环保并节能的白光LED照明光源是非常必要的。

几个小小的金属铟、镓和稀土中金属铕通过高新技术将它们科学而巧妙地组合在一起,所产生的效益和能源节约是多么的巨大呀!按每吨煤发3 000度电计算,全国如果都改用LED灯照明,则每年节约的电就将达到6 500亿度,折合成煤炭为2.16亿吨。也就是说,我们每年可以少烧2.16亿吨煤炭。

LED灯将是划时代意义的照明革命。

但问题是,制造LED灯的材料中所用到的金属镓和铟的地质储量极少且还都是伴生组分,它们的产量不会很高,一旦出现供应紧张,它们的价格将会出现疯涨。从资源角度考量,LED要全面战胜稀土节能灯还任重而道远。

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