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开创固态光源新时代

2017-11-20 15:36 来源: 大照明 分享到:
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内容摘要:当我们沉浸于中国“墨子号”开启星际首航的特大喜讯之时,我们也万分感叹现代科技进展的神速,在人类进入21世纪的当今,科技的发展呈现日新月异的变迁,信息传播也出现了头脑风暴。当我们回顾18-19世纪时,新的信息在人们脑海中形成,往往需要100-200年的时间,而到了上世纪这个记录已被1年,甚至于几个月所取代。但当到了21世纪的网络时代,互联网和物联网就能让新信息,在一眨眼的瞬时就改变我们头脑之中的认识。

开创固态光源新时代

 

复旦大学电光源研究所 陈大华

前言

 

当我们沉浸于中国“墨子号”开启星际首航的特大喜讯之时,我们也万分感叹现代科技进展的神速,在人类进入21世纪的当今,科技的发展呈现日新月异的变迁,信息传播也出现了头脑风暴。当我们回顾18-19世纪时,新的信息在人们脑海中形成,往往需要100-200年的时间,而到了上世纪这个记录已被1年,甚至于几个月所取代。但当到了21世纪的网络时代,互联网和物联网就能让新信息,在一眨眼的瞬时就改变我们头脑之中的认识。

 

市场上与信息紧密相关的新产品,从发明试产、广告促销、兴旺投产到没落淘汰的周期也大大缩短,尤其是电子产品更能让人们体会和认识这一规律。让我们来剖析一下音响电子产品:上世纪50年代,矿石收音机和电子管收音机能给人们带来极大的惊喜;70年代时,青年男女成婚拥有“红灯牌”或“海燕牌”电子管收音机,这是值得人们引以为豪和奔走相告的事;80年代,我们在海外工作和学习时,顺访驻国外的中国大使馆,官员还用“海燕牌”收音机,为我们播送音乐歌曲共同欣赏表示情谊;但很快它就被半导体和集成电路的收音机更新换代并风靡一时;改革开放开始不久,马路上时髦青年提一个双喇叭的录音收音机放音乐,还成为我们城市的一道靓丽风景线;到今天,这些产品已都被功能不断拓宽和完善的手机所取代,君不见现在随处可见的“低头族”们,他们是多么热衷这类音响视频电子产品,简直离开它无法生活和生存!

 

LED光源的发展历史

 

当21世纪的曙光照耀到全球之际,人们意外地发现新崛起的LED新光源初露端倪。实际上,在100多年前,科学家就已经发现半导体材料可产生光的基本现象。

 

直到1962年,由美国通用电气公司用气相外延法,制成了光效为0.1Lm/W的首个商用磷砷化镓LED光源。随后1968年,Monsanto和HP公司在此基础上,改进和降低成本制造出红色的GaAs LED光源。自此以后,每10年LED光效提高10倍。到1998年,LED的光效较1968年的产品已提高了1000多倍,与此同时其价格急剧下降 。

 

LED光源真正进入照明领域的突破,是在1994年,日本日亚公司研制出GaN基双异质结(AlGaInP和InGaN)蓝光LED光源,并使用量子阱结构,使LED发光亮度大大增强。他们还在蓝色LED芯片上涂敷YAG黄色荧光粉,从而获得实验室LED光效达到250Lm/W, 市场销售LED光效超过150Lm/W的白光光源,这无异给LED光源进入照明领域,打开了一扇崭新的大门。

 

随着新世纪时光的流逝,LED光源进展神速,它具有体积小、抗震动、亮度高、可调光、维修和更换简便、以及寿命超过5万小时的诸多优点,可以说它几乎能满足人类对人造光源的所有期望和要求。

 

目前国内外照明企业,已批量生产LED的球泡灯、灯丝球泡灯、日光灯、投光灯、道路灯、隧道灯、洗墙灯、吸顶灯、装饰灯、工矿灯和农业灯等各种用途和规格的产品,而且打破了以前光源和灯具分开的局面,出现了照明器件一体化的新电子产品。当今LED光源正以排山倒海之势取代传统光源, 每年的替换率在15%以上,尤其景观照明中LED应用率已超过95%,其变化之快任何力量难以阻挡。LED将引领21世纪照明新时代,已成为业内外人士的共识。

 

LED光源应用的惊喜与忧思

 

可以预见,LED在今后智能照明和智慧城市的进展中,一定会起到举足轻重和不可磨灭的重要作用。实际上,自照明科技出现LED的突破以来,LED已成为人们耳熟能详新光源产品,从政府官员、照明生产和设计企业以及照明应用的广大群体,都已接纳和认可这一产品,人们普遍认识节能环保的照明项目,言必谈LED不可,也只有这样才能表现出不落伍和紧跟新科技的潮流。

 

今天,我国已成为全球LED光源最主要生产大国之一,并开始出现收购和兼并国际上著名照明企业的趋势, 这是无可非议和令人可喜的。但LED同样也不会违背科技产品发展的普适规律,尤其联系到固态光源中OLED近期的进展动向,我们对过于盲目投资LED的忧虑,也决不是杞人忧天。由于我国大量购买价格昂贵的金属有机化学气相沉淀(MOCVD)设备,导致国际上生产MOCVD设备公司供货匮乏,而我国购进MOCVD设备闲置率不低,当国外著名的光源权威公司,将包括LED生产的资产出售给中国时,他们保留下了LED的核心技术,并在积极开展OLED的研发,国外企业的这种策略应引起我们的重视、思考和借鉴,更需要我们深思。中国有句老话:“螳螂捕蝉,黄雀在后”,我们还是要慎重考虑三思而行,在前进道路上要防止歧路亡羊,在发展LED的同时,千万不能疏忽了对更先进光源科技的关注和投入。

 

OLED的原理与应用

 

在谈论LED、OLED新光源时,我们一定还要认识激光光源的异军突起。LED产业更为关键的竞争对手是OLED和激光光源,它们的发展步步紧逼,让我们绝对不可掉以轻心。

 

OLED (Organic Light Emitting Diode)是有机电致发光的器件,其发光原理与LED基本类似。根据制造所用材料和工艺,它的种类有δ–羟基喹啉铝材料,以真空热蒸发工艺涂覆制成的小分子OLED,以及将高分子聚合物共轭化合物聚乙炔 、聚苯胺等材料,以旋转涂布或喷墨工艺制成的高分子OLED(也可称为PLED)二大类,它的基本结构如图1所示。

 

OLED优点非常多,比如重量轻、厚度薄、体积小、发热低、光色柔和无眩光、材质柔软可任意弯曲等,甚至可在OLED上任意打洞或裁切,也无损它的正常发光。OLED在工作时无需特殊的散热措施,制造工艺相对简便,也无需价格昂贵的金属有机化学气相沉淀(MOCVD)设备,制造原材料可用地球上丰富而又廉价的材料。OLED尤其适用于大面积面光源和调光速度特快的应用场合,目前OLED产品已广泛进入手机、MP3、MP4、游戏机、数码相机、汽车仪表和电视机等各种显示设备,也正逐步进入照明市场,见图2所示。

 

但由于目前OLED的亮度、使用寿命、发光效率和价格还需进一步突破,才能引领照明技术的变革和创新,真正成为照明领域耀眼的明珠。可以预计,在今后20-30年的时间里,OLED一定会成为照明光源的主导力量。

 

激光光源的原理与应用

 

激光光源(Laser Light Sources)是一种利用激发态粒子在受激辐射作用下发光的相干光源。其输出波长范围从短波紫外直到远红外。激光光源可按其工作物质(也称激活物质)分为固体激光源(晶体和钕玻璃)、气体激光源(包括原子、离子、分子、准分子)、液体激光源(包括有机染料、无机液体、螯合物)和半导体激光源4种类型。它是由工作物质、泵浦激励源和谐振腔 3部分组成。工作物质中的粒子(分子、原子或离子)在泵浦激励源的作用下,被激励到高能级的激发态,造成高能级激发态上的粒子数多于低能级激发态上的粒子数,即形成粒子数反转。粒子从高能级跃迁到低能级时,就产生光子,如果光子在谐振腔反射镜的作用下,返回到工作物质而诱发出同样性质的跃迁,则产生同频率、同方向、同相位的辐射。如此靠谐振腔的反馈放大循环和往返振荡,辐射不断增强,最终即形成强大的激光束输出。

 

激光光源具有以下特点:1、单色性好,比普通光源高10倍以上,是一种优良的相干光源;2、方向性强,激光束的发散立体角很小,为毫弧度量级,比普通光或微波的发散角小2-3数量级;3、光亮度高,激光焦点处的辐射亮度比普通光高10~100倍。

 

激光光源在国民经济的各领域中已得到了广泛应用,例如激光加工,核聚变,同位素分离,医疗仪器(手术刀、凝固器),检测器,光纤通信光源,全息摄影光源,舞台美术光源,电影放映,景观照明,激光视频唱片,激光传真,激光排版印刷,光学计算机,激光武器等。激光光源在照明领域正崭露头角绽放异彩,它在21世纪的下半叶,完全可能全面取代固态光源,而成为照明中人造光源的主角。

 

开创固态光源新时代

 

当今,人们开始有所熟悉LED之际,对OLED和激光光源的优势还缺乏充分认识,而照明科技正在迅猛异常的发展,我们应该清醒的正视,在今后15年左右,LED会遭遇今天节能灯同样的命运,逐步被OLED所取代,同样地OLED又会在今后30年之后,诚如国际权威人士近期所宣称,会迅速地被优势更为明显的激光光源所全部更新。

 

在我国照明产业疾速前进道路上,认真剖析现代光源科技成果对照明产业的影响,及时调整发展策略,冷静加以投资和决策,尤其是权威的科研机构和生产企业更要未雨稠缪,做到生产一代,开发一代,研制一代,这是绝不可缺少的重要一环,它对我国从光源大国转向光源强国,开创固态光源新时代,有着其特别重要的作用和意义。

 

文章来源:大照明 作者:佚名
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