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固態照明(Solid—StateLighting,SSL)是一種全新的照明技術,利用半導體晶元作為發光材料,直接將電能轉換為光能,固態照明具有節能、環保、壽命長、免維護、易控制等特點。

  固態照明(Solid—StateLighting,SSL)是一種全新的照明技術,利用半導體晶元作為發光材料,直接將電能轉換為光能,它與白熾燈的鎢絲髮光和節能燈的三基色粉發光不同,半導體發光二極體(LED)採用電場發光,光電轉換效率比較高。固態照明具有節能、環保、壽命長、免維護、易控制等特點。


  固態照明技術的發展歷史


  上個世紀,固態照明市場被白熾燈、熒光燈和氙氣燈等光源所佔據。 在1879年,Swan和愛迪生分別獨立研發出了第一盞電燈,根據黑體發光原理。愛迪生髮明的第一個白熾燈採用了從他老婆的縫紉箱裡面拿出來的已經碳化的縫紉線,他的第一個商用的產品採用了碳化的竹纖維,功率約為60W,用了100多個小時,效率大概為1.4流明/瓦。經過長期的發展,目前的白熾燈效率已經能夠達到15流明/瓦(120伏/60瓦),平均壽命達到1000小時。


  在1901年,美國的發明家PeterCooper Hewitt獲得了首個低壓汞放電燈的專利,這是現代熒光燈的原型。通用公司的GeorgeInman改變了它的原始設計,製造出了第一個實用的熒光燈,並於1939年在紐約和洛杉磯舉行的世界博覽會上展示,從那以後,熒光燈的效率逐步增長到了65-100 lm/W,根據燈的種類和功率而變化。


  早在1801年,英國的化學家HumphryDavy爵士通過給白金加上電壓使之產生輝光。1810年他在英國皇家學會演示了第一個放電燈,該燈的結構是在兩個分離的碳棒上分別接上電池的兩極,中間出現弧光。之後高壓放電燈持續發展,1932年的第一個高壓汞蒸氣燈並沒有推向市場。1961年GilbertReiling獲得了第一個金屬鹵化燈專利,這種燈擁有比熒光燈更高的效率和顏色特性。更適合商業、街道和工業照明。1964年金屬鹵化燈在世博會上發布,之後一年高壓鈉燈面世。從那以後,高壓鈉燈的效率逐步達到了45-150 lm/W,根據燈的功率和種類而變化。


  在上世紀50年代,英國科學家在做半導體砷化鎵實驗時,發現了該物質的電致發光和低水平的紅外輻射,這項發現導致了現代發光二極體的誕生。在1962年,第一個可見光LED由通用電氣的高級半導體實驗室開發出來,這項技術經過持續改進,第一個商用紅光LED在六十年代封裝,採用了砷化鎵磷化物。在七十年代的中期,生產綠光LED,採用了磷化鎵。第一個藍光LED在九十年代出現,採用了氮化鎵。融合紅綠藍LED或塗有熒光粉的藍光LED製造出了白光LED,這是一項充滿希望的高效常規照明技術。在努力研發白光LED的同時,研究人員還在努力改善LED的效率。目前商用的LED已經達到了101流明/瓦。


  在七十年代後期,自綠光LED發明之後,柯達公司的ChingTang博士發現,向碳複合材料發送一個電子脈衝能夠出現發光的現象。經過繼續研究,ChingTang開發出了第一個有機發光二極體(OLED)。他的相關報告在1987年發表。從此以後OLED研發人員開發出了白光OLED,實驗室效率高達102流明/瓦。雖然目前商用的OLED主要在顯示方面,但很多公司正在研發白光OLED,所以未來一定會出現商用的白光OLED照明產品。


  傳統的三種照明光源:白熾燈、熒光燈和氙氣燈已經經過了60-120年的發展,研發人員已經想盡各種辦法來改善這些光源的效率,目前的改善餘地已經不大。固態照明技術則不同,如LED和OLED,有巨大的發展潛力。


  目前已經取得的固態照明成果


  目前在固態照明領域已經取得了相當大進展,自從能源部2000年大力研發固態照明技術以來,支持了很多研發項目,取得了多項成就。以下是所取得的重要成果:


  ·2008年9月,CRRE公司研發出標準冷白光發光二極體,效率是107 lm/W @ 350mA.


  ·2008年9月,佛羅里達大學演示了藍光磷光OLED,流明效率高達40流明每瓦,外部峰值量子效率為25%。採用了無外部光提取技術。


  ·2008年6月,飛利浦和Cree公司共同開發了暖白光多晶元LED鍍鋁反光燈,效率為69 lm/W,能夠發出681流明的光通量。


  ·2008年6月,Universal Display演示了壽命為8萬小時的OLED。該OLED的效率為50 lm/W @1,000 cd/m2. 。


  ·2008年6月,Universal Display公司演示了白光磷光OLED,流明效率達到了創紀錄的102 lm/W @1000 cd/m2.


  ·2007年9月,CREE開發出LED陣列,效率為95 lm/W @ 350 mA 。


  ·2007年9月,通用電氣全球研究中心開發出了方案處理型(solution-processed) 白光OLED器件,總功率轉換效率峰值超過了14%。未來的目標是開發出45 lm/W的照明級OLED,使得近期可以在某些應用中取代白熾燈。


  ·2007年9月,Universal Display製造出了6平方英寸的OLED面板,產生了100流明的亮度,效率為31 lm/W,亮度為3,000 nits。比目前的熒光燈要亮。


  ·2007年6月,柯達開發出了全新的白光OLED器件,提取效率達46%,比以往的器件有了很大的改善。

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