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      LED半導體技術引發照明的革命

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      發布時間:2019/3/2 21:24:14

      縱觀人類照明史,照明技術的發展從最初的滿足安全需求、生存需求到人類再發展需求,呈現螺旋上升的發展趨勢。在當今社會,人類對節能、環保、美觀、健康、智能等方面的需求逐步增強,亟需進一步開發新型照明技術。近現代照明領域技術創新大事目錄。


      半導體是現代各類電子科技產品的重要組成部分,被譽為人類歷史上第四大發明(其他為印刷機、電力、盤尼西林),主要應用在通信、高速計算機、智能化生活、醫療、航空等技術領域。人們通常將導電性和導熱性差的材料稱為絕緣體;將導電性、導熱性好的材料稱為導體;半導體是一種介于導體和絕緣體之間的材料。常見的半導體材料有硅、鍺、砷化鎵等,其中硅在商業應用上最具影響力,高純度的硅經過加工就變成常見的電子芯片。


      早在19世紀,半導體材料就已經被發現,但由于當時認知較少,在應用上未能推廣。直到20世紀20年代,隨著固體物理和量子力學的發展及能帶論的完善,科學界對于半導體材料中的電子運輸過程、完整性、純度、結構性能、雜質和缺陷的研究深入,以及相關認知的加深,使半導體的制備技術不斷提升。20世紀50年代,單晶硅技術在電子技術應用方面取得巨大成功,它改善了晶體管特性,提高了晶體管的運行穩定性,使半導體的制備技術進一步提升。同時,半導體超晶格概念的提出和分子束外延技術,發展出一系列晶態、非晶態薄層和超薄層微結構材料,推動半導體物理和半導體器件的設計與制造發生質變。20世紀80年代,伴隨納米科學的發展,人類可以在原子、分子、納米尺度上進行操控,制造出具有全新功能的材料和器件,以C60、碳納米管為代表的納米材料及半導體量子點、量子線材料和半導體量子器件掀起了納米科技的研究高潮,可以預料,基于量子力學原理的新一代半導體微結構材料、器件、電路和系統將引領人類進入到“奇妙”的量子時代。近年,隨著信息載體從電子向光電子、光子轉換,半導體技術不斷革新,開始向集材料、器件、電路為一體的功能系統集成芯片材料方向發展。


      在半導體技術發展的同時,其在照明領域的應用也取得了重大進展。20世紀60年代后,科學家先后創造出砷化鎵發光二極管(紅光)、磷化鎵二極管(綠光),碳化硅二極管(黃光),氮化鎵二極管(藍光),正式開啟了半導體照明時代。在早期,LED的發光效率并不高,僅有1lm/W;20世紀80年代GaAlAs超高亮度紅光發光管研制成功,光效提升至10lm/W;20世紀90年代初中期,GaN基藍、紫光料質量提高和P型摻雜技術的突破,為全固態全色顯示和白光照明技術的迅速發展打下了科學與技術基礎;2000年前后達到實驗室內60lm/W,已經超過白熾燈和靠近熒光燈;在2014年前后,美國實現實驗室光效303lm/W,遠超其他類型燈具,顯現出強大的競爭力。半導體技術在照明領域的應用推動了照明光源的變革,創造了第四代LED電光源照明時代,實現了光效的顯著提升,為向智能照明、生態照明、綠色照明奠定了堅實基礎。


      半導體白光照明是利用紅、綠和藍三基色的半導體發光二極管芯片的組合,是在超高亮度氮化鎵(GaN)基藍光、紫光和紫外發光管管芯上涂敷相應組分的熒光物質所形成的白光光源。其與傳統照明光源相比,耗電量小,僅為同亮度白熾燈泡的10%~20%;低電壓、低電流啟動,響應速度快,體積小,工作安全可靠,壽命可長達10萬小時;它是冷光源,無紅外輻射,環保無污染(電磁干擾低、無汞污染、不易破裂且破裂后無碎渣等)。半導體照明光源能效高且有利于環保,被認為是普通照明領域的一種“綠色照明光源”,成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次革命。



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