固体环保白光LED光源及其在安防中的应用
随着光电技术及材料科学的发展，1998年基于蓝光LED芯片的白光LED被成功开发出来，这一创新是LED照明的巨大转折。目前，商品化的白光LED器件已达到白炽灯（发光效率161m/W）的水平，其发光效率已接近荧光灯（20W的灯管为601m/W,40W的灯管为100lm/W）的水平，并且在稳步增长之中。根据应用对象的不同，允许LED多颗组合。由于LED的低电压、低电流，因而白光LED发热量低，耗电量小。又因为LED可以回收，不会变成环境污染的废弃物，所以白光LED是环保产品。由于这种固体光源具有耐震动、抗冲击、长寿命和无污染等独特的优点，因此公认它是21世纪的新一代光源，即第三代电光源。所以，白光LED必将替代白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯等传统光源，而用于照明和视频监控系统之中。目前，我国每年用于照明的电力接近2500亿千瓦时，如采用半导体照明，每年可节省2200多亿千瓦时，而这数字是三峡电站目前的年发电量的3倍。
1.白光LED的结构与原理
众所周知，白光是多种颜色的光混合而成。以人类眼睛所能见的白光形式，至少需要两种以上的光混合，因此一般有下列两种混合方式。
（1）单晶型：二波长光，即蓝色光与黄色光混合。具体是在蓝色LED芯片里涂敷高效黄色荧光粉，蓝光及被蓝光激发的荧光粉发射的黄光相混互衬后得到不同色温的白光。
蓝光LED芯片涂敷黄色荧光粉的方法如图2-10所示。其中CaN芯片发蓝光（峰值波长λp=465nm,半强度宽度△λ=30nm）,YAG荧光粉首次被蓝光激发后发出黄色光，其峰值波长570nm；LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，从而得到白光。
图2-10 白光LED结构示意图
（2）多晶型：三波长光，即红色光、绿色光与蓝色光混合，即直接将红、绿、蓝三种颜色的LED芯片组成一组，实现白光。这种方式的显色指数高，符合一般的照明要求。目前已商品化的三波长光产品，大多以无机紫外光晶片加R、G、B三种颜色荧光粉。此外，用有机单层三波长型白光LED也有成本低、制作容易的优点。总之，三色合成白光综合性能最好，目前世界各生产厂家大都在走此途径。
2.白光LED的特点及与现行照明光源的比较
（1）白光LED的特点。与白炽鸨丝灯泡及荧光灯相比，它具有以下突出特点。
- 全固体、结构简单、体积小；
- 省电，其电能消耗仅为白炽灯的1/10、荧光灯的1/2,如釆用白光LED照明，全国每年可节电2200多亿千瓦时；
- 寿命长，一般可达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍；
- 响应快，加电即亮，反应速度快，可在高频操作；
- 真正的绿色环保光源，耐震、耐冲击、不易破碎、无毒、且废弃物可回收，光谱中没有紫外线和红外线，因而不发热也无辐射，是真正的绿色环保光源；
- 理论光效率高；
- 可平面封装，易开发成轻薄短小的产品。
（2）白光LED与现行照明光源的比较。白光LED灯基本上没有白炽灯泡、荧光灯的缺点,与它们比较，如表2-3所示。
表2-3白光LED与现行照明设备的比较
| 照明方式 | 优点 | 缺点 |
| 白炽铛丝灯 | 价格极低 | 低效率、高耗电、寿命短、易碎 |
| 荧光灯 | 价格低 | 省电、易碎、废弃物有汞污染 |
| 白光LED | 发热量低、耗电量少、寿命长、反应速度快、体积小、可平 面封装、易开发成轻薄短小产品，环保 | 价格贵 |
目前，若以每年白光LED发光效率平均成长60%的速度开发下去，要达到大型化、低价化、使用寿命长的照明用光源是不成问题的。
与直流（DC）LED灯相比，交流（AC）LED灯具有更节能省电、更长寿、更有能效的高性价比。因为ACLED发光省去了AC/DC转换器和恒流源。而这种交直流转换器是一种随着时间会老化、坏掉的电子元器件，其寿命比LED光源本身更短。但ACLED光源效率还没有DCLED高，并应避免金属片的裸露，而应是间接地把热带走，现己发展新的充液LED照明灯具。
3.白光LED光源在安防中的应用
由上可知，由于环保白光LED的独特优点，尤其是节能环保与寿命长等，它必将代替传统光源，而用于安防视频监控场景的照明。
高效节能平面分布式OLED固态光源及其在安防中应用
OLED灯与LED点光源不同，它是新发展起来的一种高效节能的平面分布式光源。它的优点是：制造成本与维护价格低、能耗与工作电压低而比较安全、高质量的光输岀仅有少量的紫外光和红外光辐射、没有灯丝断裂而耐用、寿命长等。预计到2020年，这种固态光源比现有照明技术产生的同样光输出，可节省能源50%,这意味着可减少能耗，因而较少产生空气和水的污染，从而可开发许多新的应用领域。
1.OLED灯的结构与原理
OLED灯的结构组成如图2-11所示。它是由多层薄膜器件组成，即由箔、膜、刚性或柔性的板作为基底，由电极层、活性材料层及保护阻挡层等组成，要求其中至少一个电极对光透明。当电极加5~20V电压时，因活性层很薄（1〜l00nm）,其场强高达105~107V/cm（几乎接近击穿场强），它促使电荷通过电极和活性层的界面注入。空穴从透明阳极注入，电子从阴极注入。注入电荷以彼此相反的方向迁移，最终相遇而结合。在结合时，释放能量并使再结合的分子或聚合物分段达到激发态。受激电子可以从一个分子迁移到另一分子，最后某些分子或聚合物分段以光子或热的形式释放，并希望所有超额的激发能作为光的方式释放。
近来，发射红光和绿光的磷光型OLED（PHOLED）的内量子效率几乎达到100%,外量子效率达到19%（在实验条件下转换成401m/W）,表明整个荧光系统的量子剧增。有时，在低至2.4V启动电压时，电流开始流动，并且有足够的空穴-电子对再结合，产生肉眼可见的光,而电流和相当的光强，随驱动电压的增加而增强。
图2-11 OLED器件典型结构
2.OLED灯的特点及与现有光源的比较
（1）OLED灯的特点如下。
- 不是点光源，而是质量轻、超薄、柔软、明亮、少阴影的分布式（散布式）平面固体光源；
- 能耗低、工作电压低（3〜5V）,使用与维护安全；
- 能效高、寿命长，耐用：
- 环保，无污染，不发热，仅有少量紫外与红外辐射；
- 可沉积到玻璃、陶瓷、金属、薄塑料板、织物等柔软和相适应的任何衬底，能做成任意形状和式样，能调节发光灯任何想要的颜色及任意色的深浅和强度，包括白光;
- 具有良好的色坐标、实现接近100的高彩色重现指数（CRI）,能调节白光从冷色到
- 暖色；
- 是电流驱动型器件，亮度可以在大于10000cd/m2的动态范围内变化，且均匀发光、不
- 闪烁；
- 较少的插入元器件，能大规模、大面积、低成本制造等。
（2）OLED灯与现有光源的比较。OLED灯与现有光源的定性比较如表2-4所示。
表2VOLED灯与现有光源的定性比较
| 型式 | 效率 | 寿命 | CRI | 闪耀 | 造价 | 运用价 | 环境友好性 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 白炽灯 | 低 | 短 | 好 | 有 | 低 | 高 | 好 |
| 荧光灯 | 较高 | 长 | 较好 | 有 | 较高 | 较低 | 差 |
| HID | 较高 | 长 | 差 | 有 | 较低 | 较低 | 差 |
| OLED 灯 | 高 | 长 | 好 | 无 | 低 | 低 | 好 |
目前,OLED的发光效率已达到301m/W,超过了白炽灯的水平，且绿光已达到1101m/W«2005年初，日本IMES公司展出了28x28cm2的OLED照明光源，其亮度已达到400cd/m2o后来，美国UDC公司又研制成6x6in2的荧光OLED板，其显色指数大于80,在色温4000K时发光效率达到30lm/W,在2900K时则为15〜20lm/W。
值得指出的是，生产OLED的设备可以沿用液晶生产线，而且光源材料可用地球上丰富而又廉价的材料制成，并取之不尽、用之不竭，又节电、又环保。它不像LED的原材料（如镓、铟）是地球上的稀有元素，并且还要提纯到99.9999%才能使用，其制造设备昂贵、工艺复杂，以致价格偏高而影响白光LED灯照明的广泛应用。尤其OLED灯是面光源，可以弯曲、折叠，从而可使照明设计变得随心所欲。因此，OLED灯将是一种价廉物美的理想的照明光源。
3.OLED固态光源及其在安防中的应用
由于OLED灯是一种价廉物美的理想的照明光源，尤其是其节能环保与平面分布式，发光均匀柔和，因而将更适用于安防视频监控场景的照明，显然，未来将会广泛应用。
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