光源的应用现状及目前存在的问题毕业

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精益求精，善益求善。光源的应用现状及目前存在的问题毕业LED光源的应用现状及目前存在的问题LED光源的应用现状及目前存在的问题PAGEPAGEPAGE21PAGE21LED光源的应用现状及目前存在的问题PAGELED光源的应用现状及目前存在的问题摘要现如今，随着社会的不断发展与进步，社会发展的需求标准也在不断的提高，对于影响社会发展的至关重要的因素—能源的要求，也就更加的苛刻了，所以能源节俭就成了当今社会人们面临的非常重要的问题。社会照明所占用的能源消耗在社会总能源消耗中的比例也是相当的一部分，由此可见能够很好的做好照明方面的能源节俭是特别重要的。LED光源作为新世纪科技的产物，将使得社会照明进入一个崭新的时代，同时也将解决能源消耗的问题。但是同传统的光源相比，LED光源也存在着一些还没有解决的问题，如应用价格与传统光源相比较高，其发光效率与传统光源也有一定的差距等，但是随着社会技术的不断进步，LED光源最终将会进入通用照明市场，其势必成为社会的主导光源，带领我们进入一个全新的照明时代。LED光源的发光效率高，使用寿命长，因此其应用前景非常可观，但是比起其它光源，它的应用成本还是非常高的，要想在社会上得以普遍的应用还需要一定的时间。本文对目前LED光源的应用现状做了详细的介绍，而且就目前LED光源能否在社会上得到普遍应用做了分析。LED作为新的、最有潜力的光源，越来越引起人们的重视。LED从早期仅仅作为一只普通的指示小灯，用在像电视机，录音机等家电上，到今天被广泛地用作户外显示、交通信号、汽车尾灯和景观照明，以及正在开始的路灯照明和大尺寸LCD背光光源，经历了差不多20-30年的时间，其发展之迅速是有目共睹的。本文将针对LED的近期发展状况进行简单的描述，重点将LED作为照明光源在价格、性能和性价比与传统光源进行对比，并对LED光源如何进入通用照明市场进行分析和阐述。关键词：LED光源；光源特性；应用现状；应用问题AbstractNowadays,withthecontinuousdevelopmentandprogressofsociety,thedemandofthesocialdevelopmentstandardsarecontinuallyimproved,factoriscrucialtotheinfluenceofsocialdevelopmentoftheenergyrequirements,willbemoredemanding,sotheenergysavinghasbecomepeoplefacingsocietytodayisnotveryimportantproblem.Sociallightingoccupiedbytheenergyconsumptioninthetotalsocialenergyconsumptionratioisanimportantpartof,socanbeverygoodtodolightingenergysavingisparticularlyimportant.LEDlightsourceasaresultofscienceandtechnologyinthenewcentury,willmakethesociallightingintoanewera,butalsosolvetheproblemofenergyconsumption.Butwiththetraditionallightsource,LEDlightsourcealsohassomeunsolvedproblems,suchastheapplicationofpriceandthetraditionalsourcesarerelativelyhigh,thereisacertaingap,theluminousefficiencyandthetraditionallightsource,butwiththedevelopmentofsocietyandtechnology,LEDlightsourcewilleventuallyenterthegenerallightingmarket,itisboundtobecomethedominantthelightsourceofthesociety,toleadusintoaneweraoflighting.LEDlightsourcewithhighluminousefficiency,longservicelife,soitsapplicationprospectisveryconsiderable,butcomparedtootherlightsources,theapplicationcostitisstillveryhigh,tobewidelyusedinthesocietystillneedssometime.ThispaperintroducedindetailthepresentapplicationstatusofLEDlightsource,andtheLEDlightsourcecanbewidelyappliedtodotheanalysisinthesociety.LEDasalightsourcehasthepotentialofthenew,,peoplepaymoreandmoreattention.LEDfromtheearlyonlyasacommonindicatorlights,inTV,taperecordersandotherappliances,todayarewidelyusedasoutdoordisplay,trafficsignals,automotivetaillightsandlandscapelighting,andlightingarebeginningandlargesizeLCDbacklightsource,hasexperiencednearly20-30years,itsdevelopmentquicklyisbeobvioustopeople.ThispaperwillbrieflydescribetherecentdevelopmentsituationofLED,thefocusonLEDasalightsourceiscomparedintheprice,performanceandpricewiththetraditionallightsource,andtheLEDlightsourcetoenterthegenerallightingmarketanalysisandexposition.Keyword:LEDlightsource；Sourcecharacteristics；Applicationstatusm；ApplicationproblemTOC\o"1-2"\h\z\uKeyword:LEDlightsource；Sourcecharacteristics；Applicationstatusm；Applicationproblem 2第1章LED的机理及特性 11.1LED的发光机理 11.2LED的特性 1LED光源有着传统光源无法比拟的优点，那是因为LED特有的性质。 11.3LED的分类 4第2章LED光源在当今社会的应用现状 52.1国内LED光源的应用现状 52.2国外LED光源的应用现状 52.3分析国内外LED市场 7第3章LED光源与传统光源的对比 83.1LED的发展历程 83.2LED光源的特点 93.3传统光源与LED光源相比的现状 93.4对比两种光源市场及应用的差距 10第4章LED光源在现实应用中的问题 124.1LED光源的应用领域 124.2LED光源应用中存在的不足 124.3LED光源如何才能进入通用照明市场 13第5章LED光源的应用前景分析 15第6章总结与展望 17致谢 19参考文献 20第1章LED的机理及特性1.1LED的发光机理LED是Light-EmittingDiode的英文缩写，中文名叫发光二极管，是一种固态的半导体发光元件，其实质性结构是半导体P-N结，在半导体P-N结通以正向电流时注入少数载流子，少数载流子发光复合就是发光二极管的发光机理。发光二极管的发光机理可以用P-N结的能带结构来做解释。制作发光二极管的半导体材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的空穴，由于P-N结阻挡层的限制，在常态下，二者不能发生自然复合；而当给P-N结加以正向电压时，由于外加电场方向与势垒区的自建电场方向相反，因此势垒高度降低，势垒区宽度变窄，破坏了P-N结的动态平衡，产生少数载流子的电子注入。空穴从P区注入N区，同样电子从N区注入到P区，注入的少数载流子将同该区的多数载流子复合，不断的将多余的能量以光的形式辐射出去，所发出光的颜色是由形成P-N结的材料决定。因此，发光二极管也即利用注入式电致发光原理制作的二极管，如图1.1所示。图1.1P-N结内电流流向Fig1.1P-Njunctioncurrent1.2LED的特性LED光源有着传统光源无法比拟的优点，那是因为LED特有的性质。（1）光谱特性。PN结辐射光的波长决定于材料的禁带宽度Eg，由于不同材料的禁带宽度不同，所以由不同材料制成的发光二极管可发出不同波长的光，不同材料的LED发光光谱如图1.2所示。发光二极管所发出的光虽然不是纯单色光，但是它的谱线宽度都比其它光源所发出光的谱线窄。例如，砷化镓发光二极管的谱线宽度只有25nm时，可以认为是单色光。图1.2LED发光光谱分布Fig1.2LEDlightspectraldistribution(2)伏安特性。LED伏安特性与P—N结伏安特性相同，如图1.3所示，包括正向死区、工作区、反向死区和击穿区。图1.3LED伏安特性Fig1.3LEDvolt-amperecharacteristic当外加正向电压小于开启电压时，克服不了势垒电场，P-N结呈现较大的电阻，正向电流很小。发光二极管的开启电压随所用材料的不同而不同，当外加电压超过开启电压时，克服了势垒电场，使正向电流迅速增大，注入的空穴和电子大量复合而发光。（3）LED光强度、光通量与电流的关系特性。LED属于电流控制型半导体器件，其发光亮度L与正向电流I近似成正比，即(式1-1)式中K为比例系数。因此可以通过调节流过LED的电流来控制LED的亮度。（4）LED的温度特性。一般来讲，LED发光电流、发光效率、光输出量都与温度有重要的关系，图1.4是LED发光电流与温度的关系曲线，在偏置电压不变的情况下，P-N结温度升高到一定程度后，电流将变小，发光亮度也减弱。图1.5是蓝光、绿光和白光LED的光输出量和P-N结温度的关系曲线。从图中可以看到LED出光量会随温度的升高而下降。另外LED温度的升高还会增加功耗，并且大大降低LED的有效寿命，因此做好LED背光模组的散热设计是重要的。与P-N结温度密切相关的因素主要有：环境温度、电流强度、LED内外的散热材料。图1.4LED发光电流与温度的关系曲线Fig1.4RelationshipbetweenLEDemissioncurrentandtemperature图1.5LED光输出量与温度的关系曲线Fig1.5RelationshipbetweenLEDlightoutputandtemperature（5）LED的时间响应特性。LED的时间响应特性是指LED随电信号变化启亮和熄灭的延迟特性，由响应时间来描述。响应时间包括上升时间和下降时间，上升时间是从接通电源使LED的发光亮度达到正常的90％所经历的时间；下降时间取决于载流子寿命，与流过管子的电流的大小无关。不同种类的LED的响应时间是不同的，即使是同类的LED，其响应时间也有差别，最短的仅有几个ns。1.3LED的分类若按发光管的发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色、蓝色等，另外，有的发光二极管中包含两种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂，上述各种颜色的发光二极管还可以分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管更加适合做指示灯用。若按发光管出光面特征分，可分成圆灯、方灯、矩形灯、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm、20mm等。国外通常把直径3mm的发光二级管记作T-1，把直径5mm的记作T-1（3/4），把直径4.4mm的记作T-1（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向型。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°—20°或更小，具有很高的指向性，可做局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。通这一类的通常都是用作指示灯，其半值角为20°—45°。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°—90°或更大，散射剂的量较大。若按发光二极管的结构分，可分成全环氧包封、金属底座环氧包封、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。除上述方法外，还有按发光强度和工作电流、芯片材料分类及按功能分类的方法。第2章LED光源在当今社会的应用现状2.1国内LED光源的应用现状就目前的状况，基于我国的经济发展状况，LED光源还不能普遍的应用于照明，长期以来，由LED光源的光效低，LED光源的应用主要集中于各种显示领域。随着超高亮度LED(特别是白光LED)的出现，国内许多城市开始积极的用LED发光源（由于其能耗小），政府也强调用LED路灯，让人们不断认识到使用LED光源的优势。据国际权威机构预测，二十一世纪世界将进入以LED为代表的全新型的照明时代，LED光源被称为第四代新光源。上世纪80年代末国外照明领域提出“绿色照明”的新概念，我国是于1996年才开始实施“绿色照明工程”的。实现这一计划的重要步骤就是要发展和推广高效、节能照明器具，节约照明用电，减少环境及光污染，建立—个优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境的照明系统。但是，我国距离“绿色照明”的要求还远远不够，开发和应用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源势在必行，而LED光源恰恰符合了这些要求[1]。纵观我国当前规模庞大的照明市场，由于国民经济水平以及科技水平等因素，和一些欧美国家以及日本相比，虽然规模庞大，但从整体水平来看，主要以经营传统灯具如白炽灯以及荧光灯为主，且在技术上还需进行加强。结合2010年有关我国照明市场灯具的调查，比例最大的当属用来代替白炽灯和节能灯的球泡灯，其比重高达41%，紧邻其后的是射灯以及筒灯。LED主要涉及的照明灯具比如LED射灯、筒灯、球泡灯、直管灯、平面灯、路灯、隧道灯等都有应用。整体来看，2010年LED照明灯具的市场份额为0.4%，再结合整个照明市场的供求现状来分析，处于下游状态的主力市场进入大尺寸背光源拉动作用快速放缓，而且通用照明市场又尚未大规模启动，所以中间出现了一个空档期，基于这种情况，LED中上游环节产能快速开出，LED市场出现结构性的供大于求现状，平均价格大幅下滑，由此LED销售额的增长大幅回落。2011年，我国关于LED的应用，除开灯泡的更换，主要包括商业、住宅的LED使用情况，大致为30亿美元。从一些研究数据进行分析，LED具有乐观的发展前景，总体其市场将以20%的增长率增长，其中预计今年高亮度LED的市场规模将达到120亿美元，而预计到达2015年LED增长率将高达30.6%，达到202亿美元的数据，由此可见LED市场发展之迅猛[2]。2.2国外LED光源的应用现状LED产业自90年代以来在全球范围内迅速崛起并且高速发展。除了中国，美国、日本、欧盟、韩国等国家和地区，均纷纷把LED照明技术作为“照亮未来的技术”，并且先后启动固态照明计划，欲占领这一战略技术制高点。日本LED产业结构，除具有完整产业链外，在关键材料的供给上，如外延、荧光粉、封装材料等也都握有重要技术并为其他国家所望其项背。日本LED产业多聚集在高附加值产品上，例如笔记本电脑的LED背光源使用的侧发光LED晶片，对亮度、均匀性、稳定性等都有较高要求，再加上本身专利保护，能使产品维持在较高的单价。韩国LED产业在上游衬底及荧光粉两项关键材料方面基础较弱，擅长于外延和封装制造。韩国在大尺寸背光领域发展较快，拥有全球最大的面板产能与品牌出海口。主要企业有三星、LG和首尔半导体等。前两者之产能多仅供集团内使用，较具外销规模者仅首尔半导体。相较于亚洲厂商多注重量产规模，欧美系LED厂商则在多方面布局，如技术发展、产品开发或垂直整合等方面。欧美系LED厂商的量产规模不比日本、中国台湾，却掌握部分LED的关键技术，在众多LED专利上都有完整的布局。尤其是几大国际厂商如Philips、Cree等不但拥有完整的产业供应链，在LED照明产业，更是全球前五之内。全球LED最大生产商日本的日亚公司近几年一直是LED封装产值冠军，它有完整的LED产业链，产量的70％为白光LED。同时，它还是以荧光粉为主要产品的规模最大的精细化厂商。它的荧光粉生产在全球占36％的市场份额。日亚公司新增的LED生产线2012年初将投入使用，届时日亚的LED产量将增加3倍。引人注目的是三星LED，从2008年的10名以外升到2009年的第4名，成为全球成长最迅速的LED厂商，这主要得益于大尺寸背光源市场。基于国内市场对LED背光模块强劲需求，公司计划增加50台MOCVD设备，预计至2010年底公司的MOCVD设备总量会达到150台。如下表是2009年全球高亮度LED封装厂的产值排名。表2.12009年全球高亮度LED封装厂产值排名Tab2.1In2009theglobalhighbrightnessLEDpackagefactoryoutputranking排名厂商2008年2009年年度变化1日亚13591219-10％2欧司朗805724-10％3Cree49561624％4三星LED188516175％5Lunileds426420-1％6首尔半导体25739252％7Stanely30034615％8亿光351342-2％9丰田合成21432250％10Lite-on336303-10％2.3分析国内外LED市场据统计，LED在2001年的使用量约为2亿个，2002年估计有6亿个的使用量，而2003年使用量则大幅提升到12亿个。而产值部分，根据StrategiesUn-limited的统计，日本大型车灯厂小系（Kohido）预计，到2008年所有的新车都会以LED作为车灯。在照明市场方面，根据FrostSullivan的预估，2000年白炽灯泡及日光灯的全球市场规模约为43亿美元，每年的成长率约为5%，是2000年全球可见光LED市场规模的2.5倍左右，照明市场的发展空间颇大。再根据ReedElectronicsResearch统计，1999年全球白光LED市场有8800万美元的市场，2000年则已成长至1.18亿美元的规模，至2003年皆会保持40%左右的成长速度，并可达到2.7亿美元的市场规模，预估2005年市场规模将成长至3.95亿美元，且年平均复合成长率达39.6%，显而易见此照明市场具有相当大的成长空间。此外，富士总研办统计指出，2001年全球白光LED生产个数达247000千个，产值达154百万美元，2002产量年成长率则达到55.5%，产值年成长率则为52.6%。依应用产品加以区分，则高达94.7%是应用于移动电话外市场。而从今年开始，全球白光LED亦会有显著成长，从去年的190亿日元增加到今年的254亿日元，2004年则会成长到350亿日元，2005年达到480亿日元。平均单价则是呈现缓慢下滑，从去年的79日元，到2005年下降到68日元，约为蓝光LED价格的2倍。台湾在全球LED的产值方面，其下游产值居全球市场占有率第一，中游则位居第二，但在上游方面，由于无法掌握关键技术，因此在专利权上始终受制日商影响，居全球市场占有率较低，台湾在1997年成功开发白光LED，近年来具有白光面光源等专利权33项，目前正在审查之专利计11项，不仅突破日本长期掌握的白光LED专利权，其白光的品质及效果比起日亚来说，甚至有过之无不及，对提高台湾光电产业的国际竞争力有重大贡献。在全球能源短缺、环保要求不断提高的发展趋势下，凭借LED光源照明的亮度高、使用寿命长、节能、绿色环保等显著优势，伴随着LED技术的飞速发展，使LED成为普通照明光源的时日越来越近，LED照明必将成为人类照明史上继自炽灯、荧光灯之后新的照明革命。第3章LED光源与传统光源的对比3.1LED的发展历程1907年，HenryJosephRound第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。20世纪三十年代BernhardGudden和RobertWichard在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的黄磷发光。1936年，GeorgeDestiau出版了一份关于硫化锌粉末发射光的报告。随着电子器件研发和业界认识的逐步深入，最终出现了“电致发光”的术语。20世纪50年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED，它仅能发出不可见的红外光。,20世纪60年代末，人们在砷化镓基体上使用磷化物发明了红光LED，从此LED进入了一个高速发展的时期。表二记录了LED自上世纪60年代后的发展。表3.1LED的发展历程Tab3.1ThedevelopmentprocessofLED时间发光效率色彩备注1965年0.1lm/W红色(650nm)材料为GaAsP。1968年1lm/W红、橙、黄采用氮掺杂技术生产GaAsP。20世纪70年代1lm/W红、绿、黄封装技术取得较大发展。20世纪80年代10lm/W红、黄、绿采用AlGaAs材料，这是一次重大突破。20世纪90年代25lm/W橘红、橙、黄、绿、蓝、白开发出了新的AlInGaP材料，且蓝光LED的出现具有历史意义。2005年55lm/W全色LED已具有一定的实用照明价值，在交通信号灯、矿灯等可靠性要求高的场合已可以取代传统光源，并在景观照明领域有了初步的应用。2007年12月95lm/W全色实用性更强，已开始进入小家电市场。在很多景观照明场合得到应用。自1964年首先出现红色LED后，之后才出现黄色LED，直到1994年，蓝色、绿色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司(日亚)成功开发出白色LED。随着LED发光效率和光能量的提高，目前LED已在科研和生产领域得到了广泛的应用。尤其是近年来高光效、高亮度的白色LED的开发成功，使得LED在照明领域的应用成为可能。目前，世界各国均加紧提高LED光效方面的研究，在不远的将来其发光效率将有更大的提高。曾经有人指出，高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后，最伟大的发明之一[3]。3.2LED光源的特点作为新世纪的高效率光源，LED拥有普通光源无法比拟的的特点，如发光效率高、耗电量少、使用寿命长、无屏闪、安全可靠性强、有利于环保、耐震动，响应速度快、冷光源等特点，广泛应用于日常照明、指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等领域。（1)发光效率高。LED经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24lm/W，荧光灯50-70lm/W，钠灯90-140lm/W，大部分的耗电变成热量损耗。理论上LED发光源光效可达到300lm/W。目前，随着政府加大力度支持LED发光源产业，国内许多产家能生产大于120lm/W的LED发光管，且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光[4]。（2)耗电量少。LED单管功率0.03-0.08瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5-3.5伏，电流15-18毫安，反应速度快，可在高频操作，同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡的十分之一，荧光灯管的三分之一。（3)使用寿命长。LED采用电子光场辐射发光，白炽灯具有灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。而LED灯具有体积小、重量轻的特点，且采用环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎，平均寿命可达10万小时，LED灯具使用寿命可达5-10年，可以大大降低灯具的维护费用，避免经常换灯之苦。（4)安全可靠性强。LED光源发热量低、无热辐射，属于冷光源，而且可以安全触摸、能精确控制光型及发光角度、光色柔和、无眩光，并且不含汞、钠等可能危害健康的物质，内置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术结合。（5)有利于环保。LED为全固体发光体，具有耐震、耐冲击的特点，不易破碎，废弃物也可回收，没有污染，光源体积小，可以随意组合，易开发成轻便小型照明产品，并且也便于安装和维护。3.3传统光源与LED光源相比的现状与LED光源相比，普通光源确实有不小的略势，LED光源的一些特点普通光源是无法代替的。首先将现在最常用的荧光灯与LED光源做一下对比，自上世纪30年代由GE公司首先推出T12荧光灯以来，荧光灯的光效、寿命等各项指标有了很大提高。与此同时我们可以发现一个现象，荧光灯的管径越来越细。荧光灯管径的缩小可以节省原材料、加工燃料、运输仓储的成本。但是细管径的开发成功是和一系列原材料的性能、加工工艺和制造设备性能的提高有关，特别是稀土荧光粉的研发成功，对细管径荧光灯的出现尤为关键。由于荧光灯是高光效的线状光源，易于控光，光线柔和均匀，单灯光通量达几千流明，适合办公室等室内照明，而且价格低廉，近期内难以被LED大规模替换。为适应小管径荧光灯生产，原材料生产工艺和设备还在改进提高。荧光灯的汞污染问题，近年来受到很大关注，如果将荧光灯的汞污染问题合理的解决，荧光灯是不会轻易被LED光源大规模替换的。然后是人类第一次使用的电光源-白炽灯，白炽灯相比其它光源光效非常底，而且灯丝容易断，外壳容易破碎，又因为其靠将电能转化为热能的热辐射发光，所以白炽灯的散热问题很难解决，并且相比之下白炽灯的寿命不算长，所以近期内就算不被LED光源代替，也会被其它光源代替，况且现如今使用白炽灯照明的工程已经不算多了。再说一下卤钨灯，近年来各国政府相继制订了限制和逐步淘汰低光效的白炽灯计划，卤钨灯并未列入限制的范围，卤钨灯从本质上来讲，是热辐射光源，受灯丝温度的限制。它的辐射极大部分处于近红外区域，光效不可能很高，钨丝在高温下的蒸发，也限制了它的寿命，目前卤钨灯的光效和寿命仅略高于白炽灯。卤钨灯使用方便，可调光，生产技术和设备都已成熟，价格低廉，产量很大，由于用户的消费习惯，如果没有政府的强制，卤钨灯还有一定的生存空间。紫红外反射膜的卤钨灯早在1981年就由美国GE公司提出。由于卤钨灯在750-2600nm波段的近红外辐射达到总辐射的76％，理论上带红外反射膜灯的光效可以是不带膜的3.2倍，实际上由于种种原因，光效仅增加30％-50％。由于消费习惯，消费者喜爱白炽灯形的灯泡。目前国内广明源公司已在生产白炽灯形的卤钨灯。卤钨灯的体积小，近似点光源，适于投射照明。从长远看，小功率卤钨灯有被LED取代的可能。高强度气体放电灯，大功率气体放电灯是一种高亮度、高光通量的光源，它的单灯光通量可达数十万流明，适合远距离投光，主要用于道路、体育场等大面积照明，可见被LED代替的可能性很小。小功率高强度气体放电灯主要用于室内局部照明，它开灯后，达到全光通输出需要一定时间，但是因价格比LED相对还低一些，可能部分被LED取代。陶瓷金卤灯已成为研究热点，各种技术难点已基本解决，中大功率陶瓷金卤灯已经问世，光效比石英金卤灯高出30％-50％，在欧洲、日本等地4000K陶瓷金卤灯已用于道路照明。近来，单晶陶瓷管也在积极研发中，封接技术也在不断改进，无焊料陶瓷金卤灯已经研发成功，但尚未见大批量生产。3.4对比两种光源市场及应用的差距现如今，在照明市场中，普通光源与LED光源均占有一定的市场份额，由于价格方面的问题，若从数量来看，市场中的LED光源应用于装饰照明的更加居多，人们用于生活、工作使用更多的还是普通照明光源，对于一般的设备、场所和建筑等，主要LED光源作为装饰光源，整体的照明还是用普通光源，但是对于特殊的场所如高档住宅、高档酒店、小型会议室等还是更多的应用LED光源，以达到更好的照明效果。若是从销售额方面看，LED光源的应用还是在家居等普通照明占的份额比较多。第4章LED光源在现实应用中的问题4.1LED光源的应用领域LED光源除了主要用于各种电器及装置、设备的显示、仪器仪表外，比较集中的应用领域主要包括：(1)汽车市场。LED被称为第四代汽车光源，虽然一次性投入的费用比较高，但拥有着白炽灯无法比拟的优点，如LED车灯具有无延迟、节能、长寿、低热、抗震、色纯度高等许多普通白炽灯没有的特点，LED势必取代钨丝灯、卤素灯等产品。LED在汽车上的内部应用如仪表板、阅读灯等，外部应用则是尾灯、刹车灯、方向灯、头灯等。汽车用照明是目前LED照明发展最快的应用市场。(2)夜景照明。主要用于重要建筑、商业中心、街道、庭院、名胜古迹、草坪、休闲娱乐场所的装饰照明，以及集装饰与广告为一体的商业照明。由于LED光源小而薄的特点，而且安装便捷，既可以水平也可以垂直方向安装，可与建筑物表面完美地结合，也可以与城市街道陈设很好的结合。可以在城市的休闲空间如公园的路径、滨水地带、园艺进行照明，也可以在街道边的花卉或低矮的灌木进行照明。作为景观照明灯具，LED与霓虹灯相比，具有低电压安全可靠、节能环保、密封性能好、没有易碎的玻璃、也不会因为制作中弯曲而增加费用等优点，已基本取代了霓虹灯。在政府的推动下，功耗低的LED光源，在用电量巨大的景观照明市场中具有很强的市场竞争力，因此LED照明已经越来越多地应用到景观照明市场中。(3)交通灯市场。由于红、绿、黄光LED灯具有亮度高、寿命长、省电等优点，所以其在交通信号灯市场的需求大幅增加。厦门市自从2000年采用第一座LED交通信号灯后，如今全市100多座交通信号灯已有近70％更换为LED；上海市则明文规定，新上的交通信号灯一律采用LED。(4)专用普通照明。如便携式照明(头灯、手电筒)、阅读照明(飞机、火车、汽车的阅读灯)、低照度照明(廊灯、门牌灯、庭用灯)、显微镜灯、照相机闪光灯、台灯、路灯等等。(5)安全照明。由于LED光源具有抗震性、耐候性、密封性好等优点。还具有热辐射低、体积小、便于携带等特点，可广泛应用于防爆、野外作业、矿山、军事行动等特殊工作场所或恶劣的工作环境之中。如矿灯、防爆灯、应急灯、安全指标灯等。(6)特种照明。如军用照明灯(无红外辐射)、医用治疗灯、医用手术灯(无热辐射)、农作物和花卉专用照明灯等[5]。4.2LED光源应用中存在的不足LED光源确实拥有其它传统光源无法代替的优点，但是它实际也存在一些问题。（1)散热问题。LED虽然节能，但与一般白炽灯具一样，一部分能量转化为光的过程中另外一部分能量转化成热量，尤其是LED为点状发光光源，其所产生的热量也集中在极小的区域，若产生的热量无法及时散发出去，PE结的结温将会升高，加速芯片和封装树脂的老化，还可能导致焊点融化，使芯片失效，进而直接影响LED的使用寿命与发光表现，尤其是大功率LED，其发热量更大，对散热技术要求更高。可以说散热问题直接关系到LED的发展前景。因此要提升LED产品的散热能力，关键还在于寻找一种可以加快将灯具表面热量快速带走的散热方式。（2)光衰问题。虽然很多LED产品标明发光寿命为10万h以上，但在目前的实际应用中未必有有这么长的寿命，原因就是LED存在光衰问题，一旦LED发光亮度降到原来亮度的30％以下，就可认为其已不可用。引起LED光衰的原因有：a．温度过高引起。LED产品的工作温度基本控制在65℃以下，当LED工作温度达到85℃时，光通量将下降一半，发生红移(波长变长)，超过90℃时有烧毁的危险；b．LED芯片本身的光减和荧光粉引起的光衰；c．封装中绝缘胶、荧光胶水引起的光衰。LED高温会引起绝缘胶和荧光胶水的性能降低，从而影响灯具输出的光通量；d．LED支架对光衰的影响，LED支架有铜支架和铁支架，铜和铁的热导率不一样，铜导热性能好，能更快的给灯具降温，较少对光衰的影响。（3)光色问题。LED发出的光与自然光相比仍有一定的差距，自然光具有非常强的黄色光谱成分，给人一种暖暖的感觉。而LED发出的白光带有较多的蓝光成分，在这种光的照明下人们的视觉感受不是很自然，而且LED所发出的光比较眩目，容易引起眩光。（4)价格过高。当前同等照度的LED灯具价格仍然是传统灯具价格的4倍左右，这对LED的推广和普及仍然是—个较大的障碍。4.3LED光源如何才能进入通用照明市场对于传统照明应用市场，LED光源无法逃避现有的销售渠道，因为不论你是什么样的新型光源，只要目标客户是一样的，产品从制造商到用户所经过的流程就应该是相同的。人们目前考虑最多的是，如何替代现有光源，包括白炽灯、杯灯、紧凑型荧光灯和线形荧光灯等，而这些光源的销售渠道已经形成和固定。所以要替代这些光源的LED灯也必然要经过这些现有的销售渠道。这些渠道的销售驱动力主要取决于价格、信誉和服务。各种照明光源的市场渠道可能有所不同，就拿室内照明产品的销售来说，日用损耗类的产品，如节能灯、灯杯、灯泡、电筒等，其显性渠道包括专业照明市场、建材超市、消费类超市、便利店、五金店、网络直销等，而隐形渠道则是物业管理公司(家居类及商业类)、市政公司等；对于家居照明的产品，如吸顶灯、壁灯、台灯、落地灯、厨卫灯、儿童灯、镜前灯、小功率局部照明产品(筒灯、射灯、格栅射灯)等，其显性渠道包括专业市场、建材超市、家电超市、家具卖场、网络直销，而隐性渠道则是家装公司、团购(现场推介会、网络团购)、电工(安装公司及装修队)等；商业照明产品，如筒灯、射灯、格栅灯盘、金卤灯等，其显性渠道包括专业市场，而隐性渠道有家装公司、工装公司、设计院、电工、物业管理(家居类及商业类)、广告公司、展览设计公司、照明设计公司等；功能照明产品，如护眼灯、浴霸灯等，护眼灯显性渠道有专业市场、建材超市、消费类超市、书店、眼镜店、家具卖场、家电卖场、儿童用品店、学校商店、视力保健产品卖场、网络直销，其隐性渠道有眼科医院、家长推广会(联合健康用品推广，如背背佳、近视治疗仪)等。LED作为照明光源，由于其成本太高，目前只是靠光效和寿命的优点很难进入大众市场。不过，在政府的支持下，可以以推广项目的形式，做些政府的示范工程，以工程带动产品的销售，譬如目前的路灯项目。要开拓通用照明市场，首先考虑的应该是低光通量的应用场所。在技术成熟和价格适当的时候，再推广高光通量照明灯具的应用市场。另外，要重视现有照明渠道对LED照明光源的理解和接受程度，因为大部分的替代光源是要经过现有的市场渠道进入千家万户的[6]。目前虽然在LED照明应用中仍然面临着一些急需解决的问题，但克服解决这些问题并不是十分遥远的事，随着LED技术的进一步成熟，LED将会在路灯照明、建筑景观照明、室内装饰照明、太阳能LED照明及汽车照明等领域取得更多更好的发展。21世纪的照明灯具将会是以LED灯具为主流，充分体现照明领域的节能化、健康化、艺术化和人性化的照明发展趋势。第5章LED光源的应用前景分析LED作为新的、最有潜力的光源，越来越引起人们的重视。LED从早期仅仅作为一只普通的指示小灯，用在像电视机、录音机等家电上，到今天被广泛地用作家居照明、户外显示、交通信号、汽车尾灯和景观照明，以及正在开始的路灯照明和大尺寸LCD背光光源等，经历了差不多20-30年的时间，其发展之迅速是有目共睹的。特别是LED在5-10年将进入通用照明市场的预期更是牵动了无数颗激动的心，有很多有志之士想在这方面有所贡献，或参与到这个历史的洪流当中。也正是因为大量人力、物力的投入，才使得LED照明技术和市场近几年发展得异常迅速。LED作为照明产品，最大的一个弱点是光通量与成本几乎成线形关系。这使得LED光源在高光通量范围的成本很高，性价比很低。因此，在市场的推广前期，应该首先考虑低光通量的应用市场，比如200-800lm的应用需求，这个光通量的范围，在目前LED光效的水平对应大概3-15W的电功率[7]。LED要在照明领域发展，进入特种照明的市场领域，并向普通照明市场迈进，关键是要将其发光效率、光通量提高至现有照明光源的等级，即需要研制大功率LED。由于LED芯片输入功率的不断提高，对这些功率型LED的封装技术提出了更高的要求。功率型LED封装技术主要应满足以下两点要求：一是封装结构要具有高取光效率；其二是热阻要尽可能低，以保证功率LED的光电性能和可靠性。业界应投入更大的力度进行研究开发，以拥有自主产权的封装技术，从而赶上世界的封装水平。只有提高封装水平，才能真正使LED产业做大做强，为我国开发国际市场，参与国际市场竞争以及拓展应用产品领域和市场打下坚实的基础。另外，只有把封装产业做大做强，才能促进前工序外延、芯片产业的发展，才能使整个LED产业链获得更大地发展。要想提高我国半导体照明领域的国际竞争力，必须在高功率领域有自主知识产权。我国国家知识产权局总计公开约408项大功率LED封装的专利文献，发明文献约占16％，其中公司发明专利申请中有南京汉德森半导体照明有限公司、大连路美光电公司、方大集团、台湾诠兴开发科技、光磊等，国外有丰田合成、安捷伦科技、松下电工、LG电子公司等专利技术分布最广，技术性最强。LED的发展历史已经几十年，随着LED技术的迅猛发展，其发光效率的逐步提高、造价逐步降低，LED的应用市场将更加广泛，特别是在全球能源短缺的背景下，LED光源在照明市场的应用前景备受瞩目，被业界认为在未来10年成为最被看好的市场以及最大的市场，将取代自炽灯、紧凑型节能灯和荧光灯，成为下一代的新型光源。白光LED在照明领域探索前进，在实际应用中不断提高，已经取得了不少成绩，推动了LED照明的发展。LED应用于夜景照明，已经显示出很大的优越性，但是作为功能性照明，无论在产品或技术上，还远没有达到成熟的阶段，存在着不少有待进一步解决的问题，当然这也是符合发展规律的，主要问题有：（1）LED芯片主要依赖进口，应用国产芯片很少，大功率（1W及以上）芯片还没有，芯片缺少自己的技术和知识产权；我国已拥有很大规模的LED封装产业，具有较优良的装备，但封装技术、材料和工艺，与国外相比还存在一定差距。（2）缺乏统一的标准，包括LED灯具系统、驱动电路等，一部分企业发挥自己的优势，研究开发了自己的产品，有些则借鉴或仿制，产品水平良莠不齐，各家产品规模各异，互换性差，维修困难。（3）LED照明灯的测试方法没有统一，有些参数的测试还有待研究，如显色性的测量和气体放电灯也不一定相同。（4）LED灯具产品还处于初级阶段，技术上不成熟，还存在不少问题，如：1）散热问题：如何把结温有效降低到允许水平，仍在探索和实践中，温度控制不好，将影响光效，增加光通衰减，甚至影响色温、显色性的稳定；2）目前多数LED的色温偏高，过多的蓝色光谱，对于多数室内场所，会使人感觉不舒服，产生刺激感，与环境不够协调，光线不够柔和，不利于眼睛保护；3）LED用作室内功能性照明，如何设计灯具的配光和控光系统，也是一个新课题，定向发光的LED不同于现有光源，灯具的反射、漫射、配光，都有自己的特点；4）LED照明的驱动电路，也需要进一步优化和标准化，这还需要一定的时日，其性能包括使用寿命、功耗、谐波、功率因数等，都需要探索；5）价格过高，是推广应用的又一障碍，单靠政府补贴，并非发展之良策，用LED代替白炽灯等低效光源，有显著节能效果，可享受补贴；而相对三基色直管荧光灯这类更高效光源，并没有节能效果（至少目前是如此），过高的初建费用，绝没有经济上的合理性；6）LED照明的另一个问题，是缺乏平稳有序的发展态势。短短几年，几千家企业挤入LED照明，有一哄而起的架势，使人想起“大跃进”的年代。有一些企业在模仿中制作，低水平重复，靠夸大入市，有的企业和一些媒体融合，过分炒作，夸大节能效果，甚至个别政府官员也取到推波助澜作用，误导了使用单位。必须建立一套完整的技术标准和客观的评价机制，实事求是的舆论导向，引导其健康发展。第6章总结与展望LED光源具有绿色环保、使用寿命长、易维护等显著特点，随着半导体光电技术的快速进步，其高效节能的优点将日益彰显。半导体照明的发展是和LED光源技术发展紧密相关的，每一次的技术突破都带来产业的迅猛发展，LED的应用与其发光效率的进展紧密相关，随着发光效率的提高其应用范围也不断扩展。近年来白光LED的进步神速，商用白光LED的发光效率已经达到75lm/W，实验室研究成果已经超过100lm/W，大大超过白炽灯，逐渐向荧光灯接近，半导体照明已进入实质可操作阶段。发展半导体照明光源对节约能源、保护环境、带动传统照明产业升级和新型制造业的发展、促进国民经济的可持续性发展都具有巨大的推动作用。发展半导体照明，不论是产业本身还是对于我国的可持续发展都有重大的经