關(guān)鍵詞：led；優(yōu)勢；技術(shù)難題； 
1、前言 
能源危機(jī)、溫室效應(yīng)以及生態(tài)環(huán)境的日益惡化時刻提醒著人們，地球已經(jīng)疲憊不堪，改變?nèi)藗兊哪茉传@取方式以及提高能源利用率已經(jīng)成為當(dāng)前世人的共識。 
由于在世界電力的使用結(jié)構(gòu)中，照明用電約占總用電量的19％；英國布賴恩·愛德華茲在其編寫的《可持續(xù)性建筑》中指出，在英國消耗的全部能源當(dāng)中，大約有一半與建筑有關(guān)，而建筑的人工照明耗能則占其建筑耗能總量的15％～50％；在我國照明用電約占全國總用電量的12％，而且我國每年的照明用電增速（保守估計(jì)）大約為5％。從上面的數(shù)據(jù)我們可以看出，雖然因各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平不同，照明用電所占比重也有所差別，但是照明耗能已經(jīng)成為了各國能源消費(fèi)的重要組成部分。照明節(jié)能問題也就成了各國政府及專業(yè)人員必須面對的棘手問題。 
新型高效光源，特別是白色光源（適用于一般照明）的發(fā)展對于大幅度降低照明用電量具有很重要的作用，因?yàn)樗梢越档碗娔芟脑鲩L速度，進(jìn)而減少新增電網(wǎng)容量的費(fèi)用，降低能源消耗以及減少向大氣中排放的溫室氣體及其他污染物。led，特別是白色光led，因其與傳統(tǒng)光源相比所具有的理論以及現(xiàn)實(shí)的優(yōu)越性，受到廣大專業(yè)人士的青睞。它的出現(xiàn)也為照明界開拓出了一個全新的技術(shù)領(lǐng)域，并為照明節(jié)能設(shè)計(jì)提供了更多的選擇。筆者將就led的性能、現(xiàn)狀等作簡要的介紹和分析。 
2、led的優(yōu)勢 
正如上文所述，作為一種冷光源，led具有很多傳統(tǒng)光源所不能比擬的優(yōu)勢。 
 （1）不需要充氣，不需要玻璃外殼，抗沖擊性好，抗震性好，不易破碎，便于運(yùn)輸。 
 （2）燈源單元較小，使得布燈更為靈活，而且能夠更好地實(shí)現(xiàn)夜景照明中“只見燈光不見光源”的效果。 
 （3）能夠較好地控制發(fā)光光譜組成，從而能夠很好地用于博物館以及展覽館中的局部或重點(diǎn)照明，如圖1所示。 
 （4）理論上具有與傳統(tǒng)光源相比更高的發(fā)光效率，理論上led的發(fā)光效率大于200lm/w，從而具有相當(dāng)巨大的節(jié)能潛力。 
 （5）壽命更長，實(shí)驗(yàn)室壽命可達(dá)100 000h，且光源可以頻繁地亮滅，而不會影響其壽命，并且啟動速度非?？?。 
 （6）可以通過控制半導(dǎo)體發(fā)光層半導(dǎo)體材料的禁止帶幅的大小，從而發(fā)出各種顏色的光線，且彩度更高，如圖2所示。 
 （7）光源中不添加汞，有利于保護(hù)環(huán)境。 
 （8）led發(fā)光具有很強(qiáng)的方向性，從而可以更好地控制光線，提高系統(tǒng)的照明效率。比如，chips　chipalkatti在美國光電產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)會（oida）舉辦的半導(dǎo)體照明研討會上發(fā)表的《led　systems　for　lighting：where　the　rubber　hits　the　road》指出：盡管15w熒光燈的發(fā)光效能大約為60lm/w，但是經(jīng)過燈具的折減就變?yōu)榱?5lm/w，如果再考慮照射到目標(biāo)區(qū)域以外的光線，則只有30lm/w。而半導(dǎo)體光源在這些環(huán)節(jié)上的折減則會少很多。 
 （9）使用低壓直流電，具有負(fù)載小、干擾弱的優(yōu)點(diǎn)。 
與傳統(tǒng)光源相比，led特別是白光led在一般照明領(lǐng)域中的優(yōu)勢和節(jié)能潛力，使它日益受到及相關(guān)專業(yè)人員的關(guān)注，也成為了當(dāng)前半導(dǎo)體研究領(lǐng)域以及照明產(chǎn)業(yè)中的熱點(diǎn)。 
繼美國發(fā)起了solid－state　lighting（ssl）　r＆d　por-tfolio以支持本國的led研究、開發(fā)項(xiàng)目后，歐洲、韓國、日本也都紛紛制定了政府資助的研究計(jì)劃以支持半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。正是在各國政府的支持以及巨大的市場潛力引導(dǎo)下，各大照明企業(yè)也紛紛投入巨大的財力和研究力量，以期在這個新興市場上獲得先機(jī)。 
也正是由于這種競爭，才促使半導(dǎo)體照明業(yè)取得了迅猛發(fā)展和突破：cree公司開發(fā)出發(fā)光效能為74lm/w的白色led，*　ceramics公司也封裝出額定光通為120lm的當(dāng)前Zui緊湊的rgb型led光源……一系列技術(shù)上的突破向我們預(yù)示著一個新的照明時代的到來。 
但是作為一個新興的技術(shù)領(lǐng)域，半導(dǎo)體照明行業(yè)還處于一個快速發(fā)展階段，科技進(jìn)步令我們感到欣喜，但是我們還要意識到無論是技術(shù)環(huán)節(jié)還是行業(yè)的規(guī)章制度，與傳統(tǒng)的光源相比，都還不成熟不健全。要真正實(shí)現(xiàn)用led代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源還有一段很長的路要走，還有很多技術(shù)難題需要解決。 
3、led技術(shù)難題 
理論上led的發(fā)光效能可以高達(dá)200lm/w以上，而現(xiàn)有的白光led則只有70lm/w左右，與節(jié)能型熒光燈相比還有一定差距；而且其價格與傳統(tǒng)光源相比也有很大的劣勢（見右上表）。 
因此如何盡快把led的優(yōu)勢真正發(fā)揮出來也就成為現(xiàn)在相關(guān)從業(yè)人員所必須要面對的技術(shù)難題。而要真正開拓出一個全新的半導(dǎo)體照明時代，我們還要從以下幾個方面努力攻克技術(shù)難題以及進(jìn)一步規(guī)范半導(dǎo)體照明市場。 
3.1、led芯片 
芯片是led的核心，它的內(nèi)部量子效率的高低直接影響到led的發(fā)光效能，非輻射復(fù)合率則決定著芯片產(chǎn)熱的大小?？梢哉f只有制造出具有良好質(zhì)量的led芯片，才可能有性能優(yōu)越的led光源。 
為了能夠盡量提高內(nèi)部量子效率以及減少無輻射復(fù)合率，主要從兩個方面來改善芯片質(zhì)量，也就是選擇合理的芯片結(jié)構(gòu)和控制芯片的缺陷密度。 
led芯片的結(jié)構(gòu)有單異質(zhì)結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)以及量子阱結(jié)構(gòu)等，它對發(fā)光效率具有很大的影響。目前使用Zui為廣泛且Zui有效率的芯片結(jié)構(gòu)為多量子阱結(jié)構(gòu)（multi－　well　structure）。 
對于led而言，外延片與襯底的晶格常數(shù)以及熱漲系數(shù)是否匹配、外延片制備工藝等都會直接影響晶格的缺陷密度。這些缺陷可能在某些條件下，特別是對于ⅲ－氮的發(fā)光可能有利，但是就大部分情況而言，因?yàn)檫@些缺陷的存在，會縮短芯片的連續(xù)工作壽命，減少載流子密度進(jìn)而降低發(fā)光輸出，以及可能成為無輻射復(fù)合中心。 
因此如何選擇合理的芯片結(jié)構(gòu)，了解晶格缺陷對led芯片發(fā)光的影響機(jī)理從而更好地控制不利缺陷的產(chǎn)生，也就成為了當(dāng)前我們所必須面對的重要課題之一。 
3.2、封裝與散熱 
led的封裝必須要處理好：應(yīng)該盡量減少光線在led內(nèi)部全反射，增加襯底基板反射率，從而使盡量多的光線能夠透射出來，提高led的外部量子效率，也就是增加led的發(fā)光效能?，F(xiàn)有技術(shù)包括襯底剝離技術(shù)（lift－off）、flip－chip技術(shù)等。 
還應(yīng)該選擇新型的封裝材料，以減少因?yàn)樽贤饩€照射而引起的封裝材料發(fā)黃等帶來的顏色變化。 
led的散熱問題是影響led驅(qū)動電流提升的一個重要因素。根據(jù)下列公式： 
tj＝ta+pd（θj-p+θp-a）=ta+pdθj-a 
 其中，tj——p－n結(jié)處的溫度； 
 ta——環(huán)境溫度； 
 pd——耗散功率； 
 θj-p——結(jié)點(diǎn)與陰極插頭之間的熱阻； 
 θp-a——陰極插頭與空氣之間的熱阻； 
led芯片結(jié)點(diǎn)處的溫度ta直接影響到led的壽命，因此led的散熱能力強(qiáng)弱就限制了led功率的大小，以及安裝使用環(huán)境的溫度。 
3.3、白光led 
如何能制備出具有高顯色性、高發(fā)光效能的白光led，是led能夠在一般照明中廣泛使用的一個前提。對于白光led而言，發(fā)光效能、顯色性以及成本都決定著它在照明市場中的競爭力。當(dāng)前制備白光led的方法可以分為三種：紅、綠、藍(lán)（rgb）多芯片組合白光技術(shù)，單芯片加熒光粉合成白光技術(shù)以及mocva直接生長多有源區(qū)的白光led技術(shù)。 
幾種技術(shù)相比而言，除了正在處于研究探索階段的mocva直接生長多有源區(qū)的白光led技術(shù)外，雖然rgb型led具有發(fā)光效能高、顯色性好等優(yōu)點(diǎn)，但是三種芯片性能的不同，使得它們因驅(qū)動電流或溫度等因素的影響而發(fā)生色漂移，影響照明穩(wěn)定性。 
而對于單芯片加熒光粉合成白光技術(shù)，又分為了藍(lán)光芯片與黃光熒光粉型led和紫外線led加rgb熒光粉led。藍(lán)黃光led缺失紅光部分，因而有很難發(fā)出具有高顯色性白光（r85），同時還會產(chǎn)生halo效應(yīng)（有方向性的led出光和熒光粉的散射光角分布不一樣）等缺陷；而紫外線led加rgb熒光粉led則克服了這些不足，成為了當(dāng)前性能較好的一種白光led。 
4、結(jié)束語 
led以其巨大的節(jié)能潛力以及良好的照明性能為我們打開了一個全新的技術(shù)領(lǐng)域。但是它也面臨著上文所提出的諸多技術(shù)和制度上的障礙，使得led產(chǎn)品的價格仍然非常的昂貴，性能容易受到外部環(huán)境條件的影響，而且由于對晶體性能的研究仍然未完全成熟，制約著led的進(jìn)一步推廣。當(dāng)然這一切都不能阻止一個全新照明時代的到來，led是屬于21世紀(jì)的綠色光源。但它可能更多地屬于未來，正如美國能源部2002年編寫的《light　emitting　diodes（leds）　for　general　illumination》中預(yù)期的，led要到2012年左右才能夠在照明中取代熒光燈。 
在我們的照明設(shè)計(jì)過程中，我們應(yīng)該以一種理性的態(tài)度去看待led的應(yīng)用，應(yīng)該在真正了解led性能前提下，根據(jù)環(huán)境的條件，合理地選擇使用led，才能真正創(chuàng)造出一個節(jié)能而優(yōu)質(zhì)的照明光環(huán)境。