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光的简史 —— 从宇宙大爆炸到今天

来源:    作者:    发布时间:2015-11-13 10:55:31    浏览量:

LED 是一种半导体器件,当被施加正向偏置电压时将发出非相干窄谱光,从而产生一种电致发光的现象。换句话说,固态磷光体在电场作用下,将电能直接转换成了光。所发光的颜色大功率电感取决于所用半导体材料的化学组成,可以是近紫外、可见或红外光。

过去几年,LED 技术已经显著增强了,在散热、封装和加工方面取得很大进步的同时,不断涌现出更高亮度、更高效率、更长寿命和更低成本的 LED。与白炽灯泡不同,LED 没有会烧坏的灯丝,而且 LED 工作时温度往往较低。此外,白炽灯泡浪费了 95% 的电能,将其转化为热量消耗掉了。

大功率或高亮度 (HB) LED 的光输出已经跨越了每瓦 100 流明 (即 100 lm/W) 的关键里程碑。实际上,有些制造商已经宣布,在实验室中实现了 200 lm/W 的光输出。那么显然,就发光效率而言,LED 已经超过了白炽灯泡 (典型 60W 灯泡的光输出为 15 lm/W)。或者,发光效率还可以换一种方式来说,即以流明为单位衡量之光源的光输出量与以瓦为单位衡量产生该光输出所消耗的功率之比。情况还不止于此,预计在未来一年,光输出为 150 lm/W 的 LED 也将在市场上稳定供货。LED 的另一个好处是寿命长。视计算方法的不同而有所不同,白光 LED 灯至少有 5 万小时的寿命,有些甚至声称超过了 10 万小时,而白炽灯的寿命仅约 1200 至 1500 小时。

高亮度 LED 灯的价格也在非常共模电感快速地下降。几年前,单个白光二极管 (几个这样的二极管组成一个 LED 灯,并占 LED 灯成本的大部分) 的价格约为 4 美元,现在已经下降为不到 1 美元了。很多 LED 行业分析师都预测,在未来一年中,用 LED 灯替换白炽灯的费用将达到消费者可接受的程度。有些 LED 制造商宣布,已经设计出可为 LED 灯供电的发光芯片,使 LED 灯产生的光输出可与大多数家庭普遍使用的 75W 白炽灯相媲美。这类 LED 芯片要产生同样的照明量,通常电感器与电容器仅需要大约 9绕行电感W 功率。

这些进步有着重要意义,因为美国能源部已经表示,照明消耗美国所产电力的 22%。LED 照明的广泛使用有可能将电感器厂家照明耗电量削减一半。要正确理解这一点,可以看以下数据,到 2027 年,LED 照明有可能减少的年度能源使用量相当于 5 亿桶石油,伴随而来的是二氧化碳排放量也降低了。

汽车也需要 LED
今年,高亮度 LED 的市场规模预计将达到 120 亿美元,到 2015 年,预计将增长到 202 亿美元,年复合增长率达到了 30.6% (根据Strategies Unlimited 的研究)。驱动这种显著增长的关键应用领域之一是用于汽车中的 LED。应用包括从前灯、白天行车灯和刹车灯到仪表板显示器背光照明、以及所有种类的车内梳妆照明。不过,为了保持这种令人印象深刻的增长率,LED 不仅必须提供更高的可靠性、更低的功耗和更紧凑的外形尺寸,还必须在对比度和颜色准确度方面做出改进。此外,在汽车环境中,所有这些改进都必须进行优化,同时还要承受相对苛刻的汽车电气及物理环境的考验。不言而喻,用在汽车中的解决方案必须提供非常扁平和紧凑的占板面积,同时还要提高总体成本效益。

不过,汽车照明领域这种令人印象深刻的增长潜力是由哪些因素支撑的呢? 首先,LED 的发光效率是白炽灯泡的 10 倍,而且几乎是荧光灯 (包括冷阴极荧光灯) 的两倍, 因此降低了提供给定的光输出量 (以 lm/W 为单位衡量) 所需的电功率。随着 LED 的进一步发展,其效用或从电源产生光输出的能力只会继续提高。其次,我们是一个关注环保的世界,而 LED 照明不需要处理、暴露和弃置于冷阴极荧光灯 (CCFL工字电感) 中常见的有毒水银蒸气。简言之,LED 是“绿色”的。最后,白炽灯泡在使用约 1000 小时以后,常常需要更换,而荧光灯可以持续使用长达 1 万小时。不过,与 LED 照明提供超过 10 万小时的寿命相比,这些数字就相形见绌了。

在大多数应用中,这种更长的工作寿命使 LED 能永久性地嵌入到最终应用中。这对汽车仪表板、仪器以及信息娱乐系统显示器的背光照明而言,显然非常重要,不过,对于前灯和刹车灯来说,长工作寿命也成了“必须具备”的成份,因为在汽车工作寿命期内,这些灯就不需要更换了。此外,LED 的外形比其他灯可小好几个位量级,也更紧凑,而且通过红、绿和蓝光 LED 配置,可以提供无限多种颜色。

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