半导体照明技术进展

半导体照明光源市场分析报告1.引言1.1 概述概述部分:半导体照明光源市场是近年来快速发展的领域之一，随着LED 技术的不断成熟和市场需求的不断增长，半导体照明光源市场呈现出蓬勃发展的态势。

本报告从市场概况、发展趋势、主要市场参与者及市场前景等方面展开分析，旨在为相关行业提供可靠的市场参考和分析。

通过全面深入地了解半导体照明光源市场的现状和未来发展趋势，有助于企业做出正确的市场决策，把握市场机遇，迎接市场挑战。

1.2 文章结构文章结构本报告分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分，我们将概述半导体照明光源市场的概况，并说明文章的结构和目的。

在正文部分，我们将对半导体照明光源市场的概况进行详细分析，并探讨市场的发展趋势以及主要市场参与者的分析。

在结论部分，我们将展望市场的前景，探讨市场所面临的挑战和机遇，并对整个报告进行总结。

通过这一结构，我们希望能够全面、客观地分析半导体照明光源市场的现状和未来发展。

1.3 目的文章的目的主要是分析半导体照明光源市场的现状和未来发展趋势，深入了解市场主要参与者的情况，为行业内的企业和投资者提供决策参考。

同时，通过对市场前景、挑战和机遇的展望，帮助读者更好地把握市场发展的方向，为行业发展提供建设性建议。

最终目的是为了促进半导体照明光源市场的健康发展，推动行业不断创新和进步。

1.4 总结"总结"部分将对文章进行回顾和提出最重要的观点。

将重点概述半导体照明光源市场的发展潜力和趋势，强调市场参与者的关键角色以及市场前景的展望。

此外，还可以简要提及市场所面临的挑战和机遇，并指出作者对市场发展的期望。

2.正文2.1 半导体照明光源市场概况半导体照明光源市场作为新兴的照明技术，正迅速发展成为照明行业的主流。

半导体照明光源利用LED（Light Emitting Diode）作为主要光源，具有高效节能、长寿命、环保等优点，已逐渐取代传统的白炽灯、荧光灯等照明设备。

中国半导体照明产业发展现状与趋势阮军;徐杰;郝建群;易正广;李小佳;仇帅【摘要】半导体照明（亦称固态照明，solid state lighting，SSL），是继白炽灯、荧光灯之后的又一次光源革命．2016年，我国半导体照明产业规模达5126亿元，关键技术与国际水平差距逐步缩小，示范应用居于世界前列，已成为全球最大的半导体照明生产、消费和出口国．当前半导体照明产业面临新的形势是：国际上技术快速进步，新兴应用崛起，市场渗透加速，竞争格局调整；国内产业集中度进一步提升，龙头企业加快扩张，海外市场拓展加速，整合并购成为主流．本文系统梳理了我国半导体照明产业发展的现状及趋势，分析了我国半导体照明产业发展面临的机遇与挑战，提出下一步推动我国从半导体照明产业大国向产业强国转变的主要工作．【期刊名称】《应用技术学报》【年(卷),期】2017(017)003【总页数】5页(P196-200)【关键词】半导体照明;市场规模;竞争格局;机遇与挑战【作者】阮军;徐杰;郝建群;易正广;李小佳;仇帅【作者单位】[1]北京半导体照明科技促进中心,北京100086;[2]国家半导体照明工程研发及产业联盟,北京100086【正文语种】中文【中图分类】TN364半导体照明(Solid State Lighting，SSL)[1]，包括发光二极管(LED)和有机发光二极管(OLED)，具有寿命长、耗电量少、可控性强、耐震动、色彩丰富等特点，是继白炽灯、荧光灯之后又一次照明光源革命.半导体照明材料本身具有的节能环保特性，将使其成为实现节能减排目标的重要抓手，对于经济社会绿色、低碳、可持续发展有重大意义.我国政府高度重视半导体照明技术创新与产业发展，多部门实施多举措来推进半导体照明产业健康快速发展.“十二五”期间，我国半导体照明领域取得了丰硕的成果，为我国发展成为半导体照明强国奠定了基础.2017年7月国家发展改革委、教育部、科技部等13个部委联合印发了《半导体照明产业“十三五”发展规划》(以下简称“规划”)，继续推动和引导半导体照明产业健康发展是新形势下应对气候变化、绿色发展、产业结构调整升级以及从产业大国转变为产业强国的需要. 我国半导体照明领域关键技术与国际水平差距不断缩小.2016年功率型白光LED 产业化发光效率(下文简称光效)为160 lm·W-1(国际厂商：176 lm·W-1)[2]；具有自主知识产权的功率型硅衬底LED芯片光效为150 lm·W-1,硅基黄光LED光效为130 lm·W-1,硅基绿光LED光效为180 lm·W-1,均达到国际领先水平；白光OLED器件光效超过120 lm·W-1,LED小间距显示屏最小间距达0.9 mm.如图1所示.近年来，我国半导体照明产业总体呈现持续上升态势.2016年，我国半导体照明产业整体产值达到5 216亿元，较2015年增长22.8%，增速有所放缓，增速从“超高速”向“中速”转变，但“十二五”期间产值平均年增长率仍然接近30%.上游外延芯片规模约182亿元，中游封装规模约748亿元，下游应用规模4 286亿元，同比增长率均超过20%[3].如图2所示.从半导体照明技术应用领域来看，“十二五”期间在信号、景观、显示、背光的应用已经基本成熟，已得到大规模应用；功能性照明领域的应用自2013年开始爆发式增长；汽车应用快速增长；医疗、农业、光通信等新兴领域的应用技术正蓬勃兴起.2016年，LED通用照明产值为2 040亿元，同比增长31.5%；显示应用产值约548亿元，同比增长29%；汽车、农业、医疗等新兴领域同比增长均超过30%.2016年LED照明产品国内市场渗透率(LED照明产品国内销售数量/照明产品国内总销售数量)达到42%，比2015年上升10%.如图3所示.2016年智能照明、超越照明等创新应用成果显著.半导体照明技术与增强现实技术(AR)、虚拟现实技术(VR)、物联网、大数据等技术的融合催生了许多新的应用领域.此外，一些新兴的细分市场关注程度明显提高，车用LED、小间距LED、植物照明、禽类照明、紫外(UV) LED、红外(IR)LED等市场纷纷开始进入行业主流视线.目前，小间距显示屏已成为LED板块新支撑点；车用LED、农业照明的替换市场已经启动.紫外和红外LED等则代表着固化、光疗、催化净化、杀菌消毒、通信、安防等未来市场，将成为新兴增长点.作为全球照明产品的制造基地，“十二五”期间，我国LED照明产品出口保持高速增长，从2011年的22亿美元到2015年的108亿美元，增幅超过3.9倍.在经历了多年的高速增长以后，我国LED照明产品出口总额从2015年开始缓慢下滑.2016年，我国LED照明产品累计出口金额近106亿美元[4].2017年，我国LED照明产品出口出现回暖，2017年1—6月，出口总额达59.16亿美元，同比增长18.14%[5].2016年，国家标准工作改革逐步推进，团体标准试点成效显著.发布国家标准9项，包括空间科学照明用LED筛选规范、普通照明用LED产品和相关设备术语和定义等；正在制定LED筒灯、LED射灯、LED路灯、LED隧道灯国家强制性能效标准；新立项LED标准涉及测试方法、夜景照明、体育照明等.作为第一批团体标准试点之一，国家半导体照明工程研发及产业联盟标委会2016年发布团体标准4项，涉及健康照明、植物光照等.CSA016-2013《LED照明应用接口要求：自散热、控制装置分离式LED模组的路灯/隧道灯》获得国家质检总局、国家标准委“中国标准创新贡献奖二等奖(2016)”，是唯一获奖的团体标准.随着技术进步推动和市场需求增长的拉动，半导体照明产业正在进入新一轮高速增长期，半导体照明技术及产业发展呈现出新趋势.光效不再是唯一关注的焦点，光品质的提升和光环境的改善更引人瞩目.此外，半导体照明技术的长足进步，成为第3代半导体材料产业化的第一个成功突破口.材料方面，新型衬底材料与技术路线进展迅速(如Si基LED)，LED与石墨烯、量子点、纳米、物联网、VR等新材料、新技术进一步融合，有可能产生开拓性和颠覆性的创新应用.在非视觉照明方面，生物、农业、医疗方面的红外LED、紫外LED的研究快速发展.半导体照明技术的进步将推动第3代半导体相关产业爆发性成长，并整体推动材料、信息、能源、交通等高新技术产业的发展，开启微电子与光电子携手并进的时代.半导体照明从按需照明时代进入超越照明时代，半导体照明产品也成为智慧家庭、智慧城市、智能社会的重要组成部分.除了主流的照明应用之外，其他市场渗透加速，创新和特殊应用(农业、医疗、通信等)将成为替代阶段之后的新增长点，预计2020年超越照明应用将在LED应用市场中占有20%以上的份额.随着半导体照明产业基本进入成熟期，行业的整体增速显著变缓，并购整合成为半导体照明行业的新常态.同时，新兴商业模式和业态也不断涌现，多层次的跨界融合时代已经到来，半导体照明企业已从产品的制造厂商转变为提供系统解决方案的服务集成商.全球产业格局正在调整变化，国际照明巨头纷纷收缩或退出照明业务，中国大陆快速崛起，印度加快发展步伐.随着我国半导体照明产业步入新的阶段，迎来了更大的需求和机遇.包括低碳、智能的需求引领新型工业化、城镇化、老龄化的应用驱动，“互联网+”、“跨界融合”引发生产及商业模式的变革，“一带一路”、“中国制造2025”等战略的实施，全方位的跨界融合带来的应用扩展延伸(如光医疗、光健康、红外LED VR应用、紫外LED杀菌消毒等).另外我国从2017年8月开始履行《关于汞的水俣公约》，半导体照明能够为我国减少汞污染做出更多的贡献.另外，随着GE、欧司朗、三星等国际巨头纷纷退出中国照明市场，国际半导体照明产业格局开始重塑；国内半导体照明行业的跨国整合并购日趋增多，中国企业开始深度参与国际竞争.加之我国在部分核心技术领域的突破，以及在农业、光通信等创新应用技术水平与国际同步，这些为我国实现弯道超车、重塑全球半导体照明产业竞争格局提供了强大支撑.尽管我国半导体照明产业取得了长足发展，也面临重大机遇，但是我国半导体照明技术突破和产业健康发展仍然面临着诸多挑战.如随着数字化、智能化、多功能浪潮同步到来，技术的交叉融合、跨界合作，以及照明方式、商业模式的变革，对我国半导体照明产业的技术创新与集成能力、系统服务能力以及企业综合竞争力等都将带来挑战.此外，产业集中度低，产品同质化竞争严重；产品质量参差不齐、民族品牌缺乏；标准及认证体系建设仍需加强；服务支撑能力尚需完善等也是行业面临的重要挑战.“十三五”期间，是我国从半导体照明产业大国转变为产业强国的关键时期.目前半导体照明市场仍以替代为主，未来在全新的照明形态，以及健康、农业、医疗、可见光通信等超越照明领域，仍有巨大发展空间.为此我国要积极部署，推动技术研发，培育产业发展环境，抢占暨照明替代之后新一轮产业主导权.加强标准建设.健全半导体照明标准体系，打造第三方标准、认证、信用评价体系，加强市场规范与监督，提升半导体照明产品质量水平；鼓励设立PPP模式的产业发展基金，鼓励民间资本和财政资金共同参与技术成果转化孵化的创新商业模式，鼓励并购重组提高产业集中度.加强新兴领域的技术创新支持力度，开展集成和服务创新.结合智慧城市、大数据、物联网、新能源、医疗健康等技术和应用.加大对LED光品质、光生物、可穿戴、智能化等创新技术和创新应用的支持力度；引导产品由注重光效提升转向多种光电指标共同改善和增强，营造更加安全、舒适、高效、节能的照明环境，加强光对人体、动植物等生物的作用机理研究，探索光对不同生物的效用规律，探索光医疗应用.开展紫外LED、红外LED等创新应用研究[6]，加强在细分应用市场的竞争力.立足于市场应用需求，鼓励技术及模式创新.加快调整产业和产品结构，由规模扩张向注重质量效益转变.紧密围绕《中国制造2025》，促进半导体照明技术与信息技术的深度融合，结合智慧城市、大数据、物联网、新能源、医疗健康等技术和应用，加大对创新技术和创新应用的支持力度，推进绿色智能制造，提升产业整体竞争力.鼓励中国企业走出去，加强国际产能合作.面向“一带一路”沿线国家及地区推广半导体照明技术、标准和应用，充分利用“丝路基金”、“亚洲基础设施投资银行”、“金砖国家开发银行”等融资渠道，探索股权、债权、贷款、基金等多元化投融资方式，加快推进与周边国家互联互通，深化国际产业合作.积极推进海峡两岸在技术研发、应用示范、标准检测认证以及产业合作综合示范区等方面开展实质性合作.开展半导体照明创新创业大赛，不断发掘、推广和扶持国内优秀半导体照明创新项目.大力发展市场化、专业化、集成化、网络化的“众创空间”，有效整合信息资源，实现创新与创业、线上与线下、孵化与投资相结合，培育各类青年创新人才和创新团队，为小微创新企业成长和个人创业提供低成本、便利化、全要素、全链条、一体化、开放式的综合服务平台，促进“互联网+”和“大众创业、万众创新”融合.随着半导体照明技术的突破和产业快速发展，“十三五”期间将是我国半导体照明产业从跟踪到超越、最后实现引领、成为半导体照明产业强国的关键时期.在规划指导下，我国半导体照明产业关键技术将不断突破，产品结构持续优化，产业规模稳步扩大，集中度逐步提高；应用领域不断拓宽，市场环境更加规范，商业模式跨越创新，自主品牌做大做强，为我国从半导体照明产业大国发展为强国奠定坚实基础.【相关文献】[1] MARUSKA H P,TIETJEN J J.The preparation and properties of vapor-deposited single-crystal-line GaN[J].Applied Physics Letters,1969,15(10):327-329.[2] BARDSLEY N,BLAND S,HANSEN M,et al.Solid-state lighting R&D plan[J].US Department of Energy,2015:1-167.[3] 国家半导体照明工程研发及产业联盟.2016年中国半导体照明产业发展白皮书[A].北京：国家半导体照明工程研发及产业联盟产业研究院,2016.[4] 国家发展改革委,等.半导体照明产业“十三五”发展规划[A].北京：国家发展改革委,2017.[5] 国家半导体照明工程研发及产业联盟.2017年LED行业季度分析报告[R].北京：国家半导体照明工程研发及产业联盟产业研究院,2017.[6] 国家半导体照明工程研发及产业联盟.紫外LED市场研究报告[R].北京：国家半导体照明工程研发及产业联盟产业研究院,2016.。

半导体照明产业发展趋势半导体照明产业发展趋势引言随着科技的不断进步，半导体照明产业也在飞速发展。

半导体照明是指利用半导体器件发光的一种照明方式，相比传统照明方式，半导体照明具有能效高、寿命长、亮度可调节等特点。

本文将从技术发展、市场趋势和产业政策等方面，探讨半导体照明产业的发展趋势。

一、技术发展趋势1.1 LED技术LED（Light Emitting Diode）被认为是目前最先进的照明技术之一。

与传统的白炽灯、荧光灯相比，LED照明具有高能效、长寿命和环保等优势。

随着LED技术的突破，其价格也逐渐下降。

预计未来几年内，LED照明的成本将进一步降低，使得其在市场上的占有率进一步提高。

此外，为了满足不同需求，LED技术也在不断创新。

例如，通过调整LED芯片的光谱，可以实现不同色温和色彩的发光。

这使得LED照明更加适用于不同场景，如家居、商业和室外照明等。

1.2 OLED技术OLED（Organic Light Emitting Diode）是一种有机发光二极管技术。

相比于传统LED技术，OLED具有更高的柔性和透明度，可以制作更薄、更轻、更多样化的照明产品。

近年来，OLED技术在显示领域有了广泛应用，如手机屏幕、电视和车载显示屏等。

然而，在照明领域的应用还相对较少。

未来，随着OLED技术的不断创新和成本的降低，其在照明领域的应用前景将十分广阔。

例如，可以制作具有可调光、可调颜色的柔性照明产品，适用于家居、商业和装饰等领域。

1.3 多晶固态照明技术传统的LED照明技术是基于单晶结构的半导体材料。

然而，随着多晶半导体技术的逐渐发展，多晶固态照明技术也逐渐被关注。

多晶固态照明技术通过在多晶半导体材料中引入微小的缺陷，可以增加光发射效率。

与传统单晶结构相比，多晶结构具有更高的光发射效率和更低的制造成本。

未来，多晶固态照明技术有望成为LED照明技术的一种重要补充。

它可以提高照明产品的能效，降低成本，推动照明产业的可持续发展。

知识创造未来
半导体照明技术
半导体照明技术是一种利用半导体材料发光的照明技术。

常见的半导体照明技术包括LED（Light Emitting Diode，发光二极管）照明和OLED（Organic Light Emitting Diode，有机发光二极管）照明。

LED照明是目前最常见和广泛应用的半导体照明技术。

LED 是一种能够将电能直接转换为光能的器件，具有高效能、
寿命长、耐震动、环保等优点。

LED照明应用范围广泛，
包括室内和室外照明、汽车照明、背光源等，已经逐渐代
替了传统的白炽灯和荧光灯。

OLED照明是一种新兴的照明技术，其原理是利用有机化合物在电流的激发下发出光线。

OLED具有薄、轻、柔性等特点，可以制成灵活的显示屏和照明设备。

OLED照明还具有自发光、均匀照明、色彩饱满等优点，适用于室内照明、
商业照明、装饰照明等领域。

半导体照明技术具有能源高效、寿命长、环保等优势，正
在逐渐成为未来照明的主流技术。

随着技术的发展和成本
的下降，半导体照明技术受到越来越广泛的应用和推广。

1。

LED半导体照明的核心技术与发展趋势摘要：半导体照明技术已经逐渐渗透到社会的各个领域，千家万户都使用了半导体光源(LED)，这种照明的使用赢得了许多居民的青睐，并成为社会进步的标志。

在我国半导体研究领域，半导体照明技术的研究起步较晚，但许多企业集团和研究机构在实验中后来居上，取得了突出的核心技术研究成果。

关键词：半导体照明；核心技术；大功率；社会经济的快速发展，中国的城市化进程也在加快。

放眼望去，各种基础设施建设项目和生产生活都离不开光源的支撑和作用。

在教室里学习需要灯光，在热闹的夜市需要灯光来营造气氛，在广场上娱乐也需要灯光的指示。

为了保护视力，节约能源，半导体照明应运而生，给我们的学习和生活带来了方便和舒适。

它不仅起到了节能环保的作用，而且符合科学技术与时俱进的发展轨迹。

一、半导体照明技术发展现状近些年来，半导体照明技术横空出世，其在照明上节能环保、长寿命的优越性远远超过其他一般照明技术，因此成为国内外争相抢先研发的科研项目。

在以前，人们一般应用白炽灯，随着技术的发展，每个角落涉及的照明光源都开始采用LED节能灯。

可见，半导体照明技术的应用已经深入到生活之中。

根据资料，国外，跨国照明公司Lu minIeds、GE、Osram等加强照明与半导体光电产业的重组兼并，竞相角逐研发LED照明新技术、新产品，并且在最近几年推出了各种型号的大功率LED灯，使半导体照明市场呈现欣欣向荣气象。

国内，也有方大集团等大型企业致力创新半导体照明核心技术，不断探索LED灯高效大功率的实现方向，以便提升国内半导体照明行业的自主研究能力。

二、LED半导体照明技术的电路设计复杂考虑到LED半导体照明设备的综合负载情况，为满足人们在不同环境下的照明需求，则需要按照要求选择对应功率的LED，并合理控制LED数量，进而保证LED半导体照明设备的使用安全。

然而，由于LED的低功率特性，导致LED半导体照明设备中的电路设计较为复杂，且一旦出现问题，则无法进行快速维修，且更换LED成本较高。

安森美半导体高能效AC-DC LED通用照明方案拓宽您的设计选择-电气论文安森美半导体高能效AC-DC LED通用照明方案拓宽您的设计选择在节能、环保及全球LED照明迅猛增长的趋势下，LED球泡灯等已几乎家喻户晓，而随着相关技术的进步，LED成本及性能水准已大幅提升。

安森美半导体专注于运用在电源管理方案方面的专知和技术，克服固态照明的挑战，提供LED照明应用的完整方案，涵盖高低功率因数、隔离或者非隔离拓扑结构、调光以及非调光的应用等，并利用在工业应用的经验和专长，不断开拓新兴的智能照明市场，推出有线及无线通信系列产品(PLC、KNX )、环境光及无源红外(PIR)传感器、以太网供电(PoE)控制器等，满足不同的应用需求，推动LED照明市场的发展和进步。

本文将重点介绍安森美半导体近期于AC-DC 通用照明新增的产品系列及智能照明方案。

功率因数校正(PFC)初级端控制LED驱动器针对筒灯、线性管/LED灯泡替代、电子控制装置、LED照明引擎及智能照明等要求高功率因数、低谐波失真的最高60 W功率的单段式设计应用，安森美半导体推出LED驱动器系列NCL30085、NCL30086、NCL30088，利用PFC 初级端电流控制算法，当采用准谐振(QR)模式工作时提供高能效。

以NCL30088为例，它支持隔离反激、降压-升压、单端初级电感转换器(SEPIC) 拓扑结构，功率因数(PF)典型值高于0.98，无需光耦，能单独从初级端实现精密稳流(精度典型值土2提供线性前馈补偿，宽VCC范围支持宽正向电压应用，低启动电流典型值13 uA，可工作于-40 C至125 C的宽工作温度范围，基于负温度系数(NTC)的电流热反走可防止LED驱动器在恶劣环境下过热，并内置一系列强固的保护特性，包括：LED串开/短路保护、逐周期限流、输出二极管短路保护、VCC偏置电压和欠压保护、电流感测电阻短路保护及自动恢复或闩锁故障处理。

LED半导体照明技术存在的问题及优化策略分析1. 引言1.1 LED半导体照明技术的发展背景LED（Light Emitting Diode）是一种半导体器件，具有发光功能。

LED照明技术是通过LED作为光源，将电能转化为光能的一种照明方式。

随着节能环保理念的普及和科技水平的提升，LED照明技术逐渐成为照明行业的主流。

LED照明技术的发展始于20世纪60年代，当时LED只能发出红色光。

随后，随着科技的进步，LED发出的颜色逐渐增多，包括绿色、蓝色等。

2000年代初期，白光LED问世，使LED照明技术在家庭和商业照明领域得到广泛应用。

LED照明技术具有能耗低、寿命长、无汞污染等优点，逐渐替代传统照明设备成为主流。

随着LED关键技术的不断突破和市场需求的不断增长，LED照明技术的应用前景更加广阔。

在未来，LED照明技术将不断完善，为人们提供更加节能环保、舒适的照明环境。

1.2 LED半导体照明技术的应用前景随着节能环保意识的不断提高和科技的迅猛发展，LED半导体照明技术在照明领域的应用前景愈发广阔。

LED照明灯具具有节能高效的特点，相较传统照明产品，LED照明的能效更高，能够有效降低能耗。

LED灯具寿命长，使用寿命一般可达数万小时，长期使用不需要频繁更换灯具，减少了对环境的污染。

LED照明还具有色彩丰富、调光调色性强等特点，可以满足不同场景下的照明需求，广泛应用于家庭、商业、办公等各个领域。

随着技术的不断进步和成本的不断降低，LED照明产品在市场上的竞争力不断增强，LED照明技术也在不断创新和完善中。

未来，随着智能化和物联网技术的发展，LED照明产品将更加智能化和集成化，为用户提供更加便捷、舒适的照明体验。

可以预见的是，LED半导体照明技术将成为未来照明领域的主流技术，为人们提供更加环保、高效的照明解决方案。

2. 正文2.1 LED半导体照明技术存在的问题LED半导体照明技术存在的问题主要包括能效问题、光色和均匀性问题、以及散热问题。

未来半导体照明发展趋势分析3月初，国家财政部等三部委针对LED产品启动2022年财政补贴推广专案招标工作，涉及室内室外4类LED照明产品，补贴资金实行间接补贴方式。

据知情人士透露，补贴比例约为选购价格的30%，估计总金额将达数亿规模，将有效撬动LED在照明特殊是大宗用户照明领域的应用。

盲目进入产能过剩LED宽阔的市场前景对外界有着巨大的诱惑。

目前中国仅半导体照明产品市场的规模就有200多亿元，这一数字两三年内还会升到500亿~600亿元的规模，甚至一些LED领域专家认为LED照明在国内的市场份额将达到上万亿元。

有国家进展和改革委员会人士猜测，‘十二五’期间，LED产业有望实现翻两番的目标，至2022年末中国的LED照明渗透率达20%，而业内普遍估量则更为乐观，液晶产业行业分析及市场讨论报告估计到2022年，中国户外LED照明渗透率达60%~80%，室内商用LED照明渗透率达25%~30%，室内家居LED照明渗透率约5%~10%，中国市场LED照明整体渗透率将达到甚至超过20%，LED照明市场的高速成长估量将从2022年连续到2022 年。

正是这样有巨大吸引力的市场，引得不少企业一哄而上盲目抢食。

但是这里面的大部分‘先吃螃蟹’者非但没有尝到甜头，反而成为了争夺路上的先驱。

LED照明灯具行业准入门槛很低，许多小规模、小作坊企业也可以很简单地进入。

但是这些只想‘捞一笔’的企业进入之后只是一味炒作节能的概念，却无法做到真正节能。

面对市场激烈的竞争以及原材料成本上升所带来的压力，这些企业不惜以牺牲质量为代价，一味依靠价格战进行竞争。

这种盲目的进入以及低端竞争，导致了整个LED照明市场混乱无序、难以管理。

打价格战确定不是最终目的，实际上，真正具规模的LED大企业都不会选择这种策略。

在2022年虽有众多中小企业倒闭，然而像勤上光电等年销售额过亿元的企业，甚至是销售额在两三千万元以上的照明企业依旧稳步进展，纷纷加大LED布局。

半导体照明技术半导体照明技术是一种以半导体材料作为发光源的照明方式，它将电能转化为光能，具有高效节能、环保、寿命长等优点，被广泛应用于室内照明、户外照明、汽车照明等领域。

半导体照明技术的核心是发光二极管（LED），它是一种基于固体半导体物理特性的半导体器件。

相比传统的白炽灯和荧光灯，LED具有更高的发光效率，更低的功耗和更长的寿命。

首先，LED照明技术的发光效率高达80-90%，相比于传统的白炽灯仅有10%的效率，可实现更高的亮度输出。

其次，LED照明技术的功耗较低，因为它只需要很少的电能就能产生明亮的光线，相较之下，传统的白炽灯和荧光灯产生光线时需要消耗大量的电能。

最后，LED灯的寿命长达数万小时，而传统的白炽灯和荧光灯一般只有数千小时的寿命，因此在使用寿命上，LED照明技术更加持久可靠。

除此之外，半导体照明技术还具备其他一些优点。

首先，LED灯是固态光源，不含汞等有害物质，在使用和废弃的过程中不会对环境造成污染。

相比于荧光灯和日光灯等传统光源，LED灯更加环保。

其次，LED照明技术具备快速开关特性，可以通过洛伦兹的光学开关实现高速调光和快速闪烁，因此可以被广泛应用于广告、汽车灯光、信号灯等需要频繁调光和快速闪烁的领域。

此外，半导体照明技术具有发光均匀、可远程控制、体积小等特点，方便安装和应用。

然而，半导体照明技术仍然存在一些挑战和问题。

首先，LED灯的成本相对较高，尤其是高亮度的LED灯。

虽然随着技术的进步，LED灯的成本正在逐渐下降，但仍然存在一定的差距。

其次，LED灯的光线色彩和色温需要进一步改良。

随着人们对光环境的要求不断提高，LED灯的光线质量也需要持续改进。

此外，由于LED灯在制造和使用过程中需要较高的技术要求，缺乏相关专业技术人才也是一个亟待解决的问题。

为了克服这些问题，我们需要持续加大对半导体照明技术的研究和发展，进一步提高LED灯的发光效率、降低成本、改良光线品质。

同时，应加强对相关专业技术人才的培养和引进，吸引更多的人才加入到半导体照明技术的研究和应用中来。

半导体发展现状与发展趋势摘要:半导体照明具有节能、环保、寿命长、尺寸小等优点，能够应用在各种各样的彩色和白色照明领域。

发展半导体照明产业具有重大意义,能缓解能源危机，改善环境污染问题，有利于国民经济可持续发展。

本文在介绍半导体照明特点的基础上，论述了半导体照明研究进展，分析了我国半导体照明产业发展面临的相关技术问题，最后对半导体照明工程发展趋势作了展望。

关键词：半导体照明、发光二极管、节能与环保引言：1879年，爱迪生发明了第一只作为热辐射电光源的碳丝白炽灯，使人类从漫长的火光照明时代进入了电气照明时代，第一次革命性地改变了人们的照明方式，拉开了人类现代文明的帷幕。

照明电光源经历了白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯三代产品，光效不断提高，耗电量不断下降，对人类社会的发展起了至关重要的作用。

今天，人们在关注光照效率的同时，更注重照明方式对环境的影响。

随着科学技术的进步，又一种新型电光源---发光二极管照明（LED）即半导体照明，真正引发了电光源照明技术的质变，以其体积小、寿命长、耐闪烁、抗震动、色彩丰富、安全可控、节能环保、无紫外线和红外线辐射等全面优势掀起了第四次电光源技术革命，将电光源照明推进到节能环保的时代。

半导体照明应用的意义，绝不亚于前几次照明领域的技术革命。

因为半导体照明将作为最有效的节能和环保的手段，将通过改善人类生存环境、发展照明的新概念和新模式来改善和提高人类的生活质量。

1.半导体照明的特点1.1 半导体照明的机理所谓半导体照明，是指利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合，释放出过剩能量引起光子反射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。

LED 的核心PN 结，具有正向导通、反向截止等特性。

当PN 结施加正向电压，电流从LED 的阳极流向阴极时，半导体晶体发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流大小有关，电流越大，发光亮度越高[1]。

1.2 半导体照明的优点在同样亮度下，半导体灯的电能消耗仅为白炽灯的八分之一，因此半导体照明的应用将大大节约能源，同时还将减少二氧化碳的排放量[2]。

第３６卷㊀第３期２０２１年３月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀C h i n e s e J o u r n a l o fL i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a ys ㊀㊀㊀㊀㊀V o l ．３６㊀N o ．３㊀M a r ．２０２１㊀㊀收稿日期:２０２１Ｇ０９Ｇ０７;修订日期:２０２１Ｇ０９Ｇ３０．㊀㊀基金项目:海南省自然科学基金(N o ．２０１５１０１３);国家重点研发计划(N o ．２０１８Y F C １４０７５０３);校科研启动基金(N o ．K Y Q D (Z R )１８５３)S u p p o r t e db y N a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no fH a i n a nP r o v i n c eo fC h i n a (N o ．２０１５１０１３);N a t i o n a lK e y Re Ｇs e a r c ha n dD e v e l o p m e n tP r o g r a m (N o ．２０１８Y F C １４０７５０３);S c i e n t if i cR e s e a r c hF o u n d a t i o nf o rU n i v e r s i t y(N o ．K Y Q D (Z R )１８５３)㊀㊀∗通信联系人,E Ｇm a i l :l i u x m＠h a i n a n u ．e d u ．c n文章编号:１００７Ｇ２７８０(２０２１)０３Ｇ０３７１Ｇ０８半导体激光白光光源研究进展江子琦,刘晓梅∗,柳㊀华,彭㊀鹏(海南大学机电工程学院,海南海口５７０２２８)摘要:激光作为人造光源,因其具有单色性良好㊁方向性强㊁相干性强㊁亮度高及能量密度高等优点,在激光显示㊁激光照明等领域得到了广泛的应用.自半导体激光器问世以来,其发展之快㊁成果之多㊁应用之广使其几乎占据激光市场的 半边天 ,它不仅能作为信息载体,也能作为能量载体.伴随半导体激光器发展的深入和市场需求的变化,利用半导体激光合成白光光源成为研究热点.半导体激光白光光源的出现不仅拓展了激光应用的新领域,也为很多新技术的诞生奠定了基础.本文主要介绍了半导体激光白光光源的产生过程和其中的技术难点,总结了近些年国内外对于合成半导体激光白光光源的研究进展,分析了其应用及发展短板,最后对未来半导体激光白光光源是否能在水下复杂环境中稳定输出进行了展望.关㊀键㊀词:半导体激光;白光光源;光学系统;水下激光成像中图分类号:T N ２４９㊀㊀文献标识码:A㊀㊀d o i :１０．３７１８８/C J L C D．２０２０Ｇ０２２５D e s i g no f s e m i c o n d u c t o r l a s e rw h i t e l i gh t s o u r c e s J I A N GZ i Ｇq i ,L I U X i a o Ｇm e i ∗,L I U H u a ,P E N GP e n g(C o l l e g e o f M e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g ,H a i n a nU n i v e r s i t y ,H a i k o u ５７０２２８,C h i n a )A b s t r a c t :A s a na r t i f i c i a l l i g h t s o u r c e ,t h e l a s e r h a s t h e a d v a n t a g e s o f g o o dm o n o c h r o m a t i c i t y ,s t r o n gd i re c t i v i t y ,s t r o n g c o h e r e n c e ,h i g hb r i g h t n e s s ,a n d h i g h e n e r g y d e n s i t y ．T h e r ef o r e ,i t h a s b e e nw i d e l yu s e d i n l a s e r d i s p l a y ,l a s e r l i g h t i n g an d o t h e r f i e l d s ．S i n c e t h e s e m i c o n d u c t o r l a s e rw a s i n v e n t e d ,i t h a s o c c u p i e d a l a r g e p a r t o f t h e l a s e rm a r k e t b e c a u s eo f i t s r a p i dd e v e l o p m e n t ,m u l t i pl e r e s u l t s a n dw i d e a p p l i c a t i o n ．I t c a nb e u s e d n o t o n l y a s a n i n f o r m a t i o n c a r r i e r b u t a l s o a s a n e n e r g y ca r r i e r ．W i t h t h e i n Ｇd e p t hd e v e l o p m e n t o f s e m i c o n d u c t o r l a s e r s a n dc h a n g e s i n m a r k e t d e m a n d ,t h e r e s e a r c ho nt h e s yn Ｇt h e s i s o fw h i t e l i g h t s o u r c e s t h r o u g hs e m i c o n d u c t o r l a s e r sh a sb e c o m eah o t s p o t ．T h ee m e r g e n c eo f s e m i c o n d u c t o r l a s e rw h i t e l i g h t s o u r c eh a sn o t o n l y e x p a n d e dn e wa r e a s o f l a s e r a p p l i c a t i o n sb u t a l s o l a i d t h e f o u n d a t i o nf o r t h eb i r t ho fm a n y n e wt e c h n o l o g i e s ．T h i sa r t i c l e m a i n l y i n t r o d u c e sh o wt h e s e m i c o n d u c t o r l a s e r w h i t el i gh ts o u r c ei s p r o d u c e da n dt h ed i f f i c u l t i e si nt h e p r o d u c t i o n p r o c e s s ．T h e n ,i t s u mm a r i z e s t h e r e s e a r c h p r o g r e s s o f s y n t h e t i c s e m i c o n d u c t o r l a s e rw h i t e l i g h t s o u r c e a t h o m e a n d a b r o a di nr e c e n t y e a r s ,a n da n a l y z e s i t sa p p l i c a t i o nl i m i t a t i o n sa n dd e v e l o p m e n ts h o r t c o m i n gs ．. All Rights Reserved.F i n a l l y,w e l o o k f o r w a r d t ow h e t h e r t h e s e m i c o n d u c t o rw h i t e l a s e r l i g h t s o u r c e c a n b e s t a b l y o u t p u t i n t h e c o m p l e xu n d e r w a t e r e n v i r o n m e n t．K e y w o r d s:s e m i c o n d u c t o r l a s e r;w h i t e l i g h t s o u r c e;o p t i c a l s y s t e m;u n d e r w a t e r l a s e r i m a g i n g１㊀引㊀㊀言１９６０年,第一台激光器问世.伴随着激光技术的创新和发展,激光器在我们的日常生活及科技发展等领域扮演着越来越重要的角色.从气体激光器到半导体激光器再到光纤激光器和飞秒脉冲激光器,激光的光束质量㊁脉冲宽度㊁输出功率㊁时空相干性等性能得到了极大的提升.激光白光光源作为新兴的激光光源,是通过激光来产生高亮度白光的一种照明光源技术[１Ｇ２],具有频率覆盖范围广㊁亮度高㊁功率峰值高㊁方向性强㊁工作寿命长㊁空间相干性和时间相干性强等优点,在科研国防㊁照明显示㊁通讯信息㊁医学检测㊁工业生产等领域都发挥了其实际作用.与单色激光相比,激光白光光源因能覆盖可见光谱所有波长,克服了激光单色性给激光发展应用带来的限制,成功将激光技术应用于激光照明和激光显示领域并展现了巨大的发展潜力.与此同时,因光子可携带更多的信息和能量,使得激光白光光源在光通信及高功率切割中也具有广阔的应用前景.２０世纪６０年代以来,半导体物理学的发展推动了半导体激光器的快速发展.半导体激光器因具有体积质量小㊁使用寿命长㊁结构简单㊁易于实现光电子集成和电光转换效率高等优点,成为世界上发展最快并成功实现商业化的一类激光器.随着半导体激光器发展的深入和市场需求的变化,利用半导体激光合成白光光源成为研究热点.目前,半导体激光白光光源的合成方案主要有两种:一种为红绿蓝３基色激光合成;另一种则是单色激光激发荧光材料转换.前者虽容易获得电光转换效率高且显色性好的白光光源,但存在白光输出功率低,成本高的问题;后者是基于混色原理所得,虽无散斑现象且成本低㊁工艺简单,但荧光材料存在的斯托克斯损耗使电光转换效率降低,输出白光的某些激光特性被削弱,如准直性㊁能量密度等.如何产生稳定高输出功率及色温接近于标准白光的半导体激光白光光源是需要重点解决的问题.分析和掌握各种激光白光光源的原理㊁性能和特点,有利于促进激光技术的应用,使其在更多的领域发挥更好的作用,创造更高的价值.２㊀国内外发展现状２．１㊀国外研究现状２００５年,日本N i c h i a公司在F P D研讨会上公布了利用半导体激光器获得白光输出的消息.他们分别使用了波长为４４５n m的G a N基半导体激光器和波长为４０５n m的蓝紫光半导体激光器.G a N半导体激光激发黄色荧光粉后的白光显色指数R a为７２,短波的蓝紫光半导体激光激发多种荧光材料后白光显色指数R a提高至８６[３].两年后该公司用５００mW半导体激光器激发荧光粉获得了光通量为９６l m的白光光源[４].２００８年,日本科学家S．S a i t o在注射电流为１A的情况下,利用４０５n m的G a N基半导体激光器激发荧光粉得到了光通量２００l m和光效为４２l m/W的白光光源,其电光转换效率达到了４０％[５].２０１０年,韩国I n h a大学的R y u等采用了N i c h i a公司相同的方法,他们将４４５n m的半导体激光耦合进４００μm的塑料光纤中,让激光激发涂在光纤另一头的Y A G黄色荧光粉.当注入电流达０．１A时,得到了光通量５l m和光效为１０l m/W的白光光源.作者认为造成光效低的主要原因是实验中激光器的效率仅为８．５％,其次在蓝光激发荧光粉时的斯托克斯损耗达２０％[６].２０１１年,美国桑迪亚国家实验室利用４台独立的大型激光器实现了高质量的白光激光输出,但由于体积太大限制了其在照明或显示等领域的应用[７].２０１３年,K r i s t i n[８]等通过４０２n m的近紫外半导体激光器激发红㊁绿㊁蓝３原色荧光粉和４４２n m的蓝光半导体激光器激发Y A GʒC e黄色荧光粉,得到了不同C I E指标的白光光源.相比之下,蓝光激发黄色荧光粉得到的白光发光效率更高,但是显色性较差.２７３㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷㊀. All Rights Reserved.２０１５年,日本S h i n g o等人通过氮化物Ｇ蓝色半导体激光器和黄色荧光材料的组合得到了光通量为２５０l m的白光[９].２０１６年,C．F o u c h e r等人将红㊁绿㊁蓝３种D F B激光器采用两种放置方式(相邻和垂直)放置在超薄柔性玻璃基板上得到了４２μJ/c m２的白光激光输出[１０].２０１７年,C h a n g m i nL e e等人采用近紫外激光器激发红绿蓝３色荧光粉实现了大于１G b i t/s 的数据速率,产生了显色指数７９㊁色温４０５０K的白光[１１].与使用蓝色激光器和Y A GʒC e荧光粉相比,该系统能同时满足高质量照明和高速低噪声通信的要求.２．２㊀国内研究现状２００８年,X u等[１２Ｇ１３]利用４０５n m近紫外半导体激光分别激发红㊁绿㊁蓝３基色荧光粉和黄色与红色混合的荧光粉的方式获取白光.实验结果显示,当注入电流都为０．８A时,采用４０５n m近紫外半导体激光激发黄色与红色的混合荧光粉得到的白光质量更佳,此时白光的光通量为５．７l m,光效为１３l m/W,色温５２００K,显示指数达７０.２０１４年,电子科技大学罗智田等[１４]使用４５０n m半导体蓝色激光激发Y A G黄色荧光粉实现白光输出,并研究了掺Y A G荧光粉的氮化物红色荧光粉.结论是随着氮化物红色荧光粉的含量增多,输出白光源的显色指数也随之增多至出现峰值,显色指数最高可达６９．３.２０１７年,Y iY a n g等人[１５]设计了一款小尺寸的半导体激光驱动荧光粉板获取白光的装置,无需远程荧光粉配置.当驱动电流为３A时,得到了光通量８５０l m,色温６９９０K,最大光效７０l m/ W的白光.但是由于此装置的尺寸过小,限制了其应用场景.２０１８年,Y a n g等[１６]使用６３８n m的红光㊁５２０n m的绿光和４５０n m的蓝光合成了高均匀的白光,设计了一种微透镜阵列光束均匀化系统以实现白光的均匀化处理,最终得到了显色指数６４ ８,色温５１７１K,光照强度ˑ１０４l x的白光,并且证明了基于R G B３基色激光器合成白光的光学系统可实现高数据速率可见光通信和高质量照明的潜力.同年,颜博霞[１７]等人使用红绿蓝三基色激光器合成白光,通过颜色配比㊁光纤合束,得到了色温略低于理论值约１５％的白光激光输出.其中红光和蓝光都采用半导体激光器,而绿光采用固体倍频绿光激光器.由于固体倍频绿光激光器本身的特性相干性太强,很容易产生散斑并影响照明或视觉效果.２０１９年,田景玉等[１８]使用高功率三色半导体激光器直接用作白光合成光源.产生的６４８０K色温大约等于６５００K的标准白光色温,输出达到５８．４W.另外,这种结构允许通过电流直接调节三基色激光器的功率比.该研究直接使用半导体激光束耦合技术用于开发白光照明源要比采用倍频蓝光㊁绿光光源更具优势.３㊀半导体激光获取白光光源的方案３．１㊀单色激光利用荧光材料转换３．１．１㊀蓝色激光激发黄色荧光功能材料转换该方案的原理如图１所示,即蓝色激光器所发射出的部分蓝色激光投射于黄色荧光粉上并被黄色荧光粉吸收后发射出黄色光,再与未被荧光粉吸收的蓝光混合形成白光.为了提高色彩还原度及减少色彩校正过程中的亮度损失,也可将红色激光器与蓝色激光器配合使用.图１㊀蓝色激光激发黄色荧光粉转换成白光原理图F i g．１㊀S c h e m a t i cd i a g r a m o fb l u e l a s e re x c i t i n g t h ey e l l o w p h o s p h o r t o c o n v e r t i n t ow h i t e l i g h t ３．１．２㊀近紫外激光激发三原色荧光功能材料转换㊀㊀该方案是由蓝色㊁黄色荧光粉和近紫外激光来完成的,原理如图２所示.近紫外激光被蓝色荧光粉吸收后发射出蓝光,之后黄色荧光粉将部分蓝光吸收发射出黄光,得到的蓝光和黄光混合最终完成白光的获取.这种方法色彩还原度高,但是使用多种荧光粉会造成光源不３７３第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀江子琦,等:半导体激光白光光源研究进展. All Rights Reserved.稳定[１９],在转换过程中斯托克斯损耗的能量也更多.图２㊀近紫外激光激发三原色荧光材料原理图F i g ．２㊀S c h e m a t i c d i a gr a mo f n e a r Ｇu l t r a v i o l e t l a s e r e x c i Ｇt a t i o n o f t h r e e p r i m a r y c o l o r f l u o r e s c e n tm a t e r i Ｇa l s这两种方案都是基于混色原理所得,借鉴了白光L E D[２０Ｇ２１]的出光原理,但是与L E D 不同的是,利用激光获取白光光源所需的荧光材料性能要求会更高,以承受激光的冲击.荧光材料的选择直接决定了输出白光光源的质量(亮度㊁色温㊁稳定性等).近年来一些导热性突出的荧光材料迅速发展,如单晶㊁陶瓷等.目前,低功率白光激光照明大多采用荧光粉加树脂硅胶的封装方式,而中高功率的白光激光照明则是优先选择导热性好及生产工艺简易的陶瓷材料[２２].利用半导体激光激发荧光材料的光学系统主要由光束整形模块和荧光体转换模块组成.(a)光束整形模块.此模块是为了对激光进行光纤耦合及准直扩束的操作.光纤耦合能使激光的光纤质量大幅提升,而准直扩束能起到扩大激光激发面积的作用.(b)荧光体转换模块.利用激光激发荧光粉会发生复杂的光学反应,T r a c e p r o 光学仿真软件可以帮助我们分析荧光粉的参数变化对最终输出白光质量的影响,从而确定输出最佳白光质量的荧光粉参数值.３．２㊀红㊁绿㊁蓝三基色激光合成根据三原色原理可知,只需调整红绿蓝三基色的比例,就可以得到自然界中的大多数颜色.因此若能调整好红绿蓝三基色的比例,利用三基色激光合成白光激光是可行的.该方案的实现过程是使用独立的红㊁绿㊁蓝三基色激光器,对发出的３种颜色激光进行颜色功率配比,输出的３种颜色的激光经过空间合束㊁波长合束后耦合进光纤,最终输出白光.此过程颜色的功率配比决定了最后输出白光的色彩与色温等效果.３．２．１㊀合束结构基于红㊁绿㊁蓝三基色激光合成白光的过程如图３所示,３个激光单元各自经过准直后,通过反射镜实现空间合束,再经过两次波长合束实现白光激光的输出.图３㊀红㊁绿㊁蓝三基色激光光纤耦合过程F i g ．３㊀R e d ,g r e e n a n db l u e l a s e r f i b e r c o u p l i n gpr o c e s s ３．２．２㊀功率配比根据三原色原理可知,在确定目标颜色后,即可计算出３种原色的比例,比例的多少通常由颜色的三刺激值来表征.由色度学原理,当将具有已知亮度值和色度坐标的两种或更多种颜色相加并混合时,混合色的亮度和色度坐标可以根据C I E１９３１标准色度系统获得.假定某颜色的三刺激值为X ㊁Y ㊁Z ,色品坐标为(x ,y ),亮度为u ,则三者满足X ＝x y uY ＝u Z ＝z y ＝１－x －y yu ìîíïïïïïï㊀,(１)其中三刺激值与色品坐标之间的关系为:X X ＋Y ＋Z ＝xYX ＋Y ＋Z ＝y Z X ＋Y ＋Z＝z ìîíïïïïïïïï㊀．(２)在将三基色R G B 激光合成白光时,三基色R G B 激光器的波长和亮度已知,设红㊁绿㊁蓝三色色品坐标分别为(x R ,y R ),(x G ,y G ),(x B ,y B ),对应其三刺激值为(X R ,Y R ,Z R ),(X G ,Y G ,Z G ),(X B ,Y B ,Z B ).此时,白光的三刺激值(X ０,Y ０,Z ０)与红㊁绿㊁蓝三基色的三刺激值关系为:X０＝X R ＋X G ＋X B Y ０＝Y R ＋Y G ＋Y B Z ０＝Z R ＋Z G ＋Z Bìîíïïïï．(３)４７３㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷㊀. All Rights Reserved.由式(２)可类比得到白光的色品坐标为:x ０＝X ０X ０＋Y ０＋Z ０y ０＝Y ０X ０＋Y ０＋Z ０ìîíïïïï㊀．(４)假定红㊁绿㊁蓝三色的亮度比为L R ʒL G ʒL B ,由式(１)㊁(３)㊁(４)可得:L R L G L B æèçççöø÷÷÷＝x R y R x G y G x B y B １y R １y G １y B １１１æèççççççöø÷÷÷÷÷÷－１x ０y ０１y ０L ０æèççççççöø÷÷÷÷÷÷,(５)亮度L 与功率P 之间的关系为:L ＝K m V (λ)P ,(６)其中:K m 为光谱光视效能,其值为６８３l m/W ,V (λ)为视见函数.则对于选定的三原色光,其功率之比为:P R ʒP G ʒP B ＝L R V R (λ):L G V G (λ)ʒL BV B (λ)．(７)通过以上过程可求得三原色合成白光时的功率配比.这两种利用半导体激光获取的白光光源都不属于真正意义上的白激光.真正意义的白光激光应具备传统激光除单色性以外的所有激光特性,并且其光谱应和太阳光谱一致.基于多色或单色激光获得的白光光源并没有做到 激光进,激光出 ,丧失了很多激光的优良特性,因此不能作为一个独立的㊁真正意义上的白激光.４㊀半导体激光白光光源技术应用４．１㊀激光照明技术早在２０１１年,美国桑迪亚国家实验室通过将４个单色激光合束形成的白光用于照明,测试者无法区分激光形成的白光与L E D 光源及白炽灯光源的区别,这就说明通过多基色或单频激光形成的白光光源呈现出的色彩质量并不会比传统光源差.因此,它消除了人们长期以来的误解,即窄带激光不适用于照明显示.白光激光照明目前主要应用于特种照明㊁车辆照明㊁军事工具照明㊁医疗照明等.自２０１４年以来,宝马㊁奥迪和路虎等车企陆续推出了配备有激光大灯的高端车型[２３],使用激光头灯相比L E D 来说改善了远光照明,照明距离翻倍至６００m ,一定程度地增强了夜间驾驶员的行车安全性,优化了高速驾驶视觉体验.同时,基于数字微反射镜(D M D )装置的新一代数字化汽车照明技术也迫切需要具有高亮度和高流明输出的白光光源[２４].２０１９年,纳丽德公司推出一款白激光手电,实现了白色激光手持照明,且远射距离达１１００m .目前,激光照明技术在产业领域的发展还仅限于利用蓝光半导体激光激发荧光物质而产生白光.相信随着半导体激光白光光源技术的发展,白光激光照明将会在产业领域加速实现.４．２㊀激光显示技术激光显示技术是继黑白显示㊁标准彩色显示㊁数字显示之后的新一代显示技术,具有色域广㊁寿命长㊁环保㊁节能等优点.鉴于激光的高单色性,它可以产生色坐标接近色空间边界的分量色光.因此,激光可以实现比传统显示器(如阴极射线管(C R T )㊁L E D 背光液晶显示器(L C D )或基于宽带非相干光源的有机发光二极管(O L E D ))更宽的色域(超过人眼可感知的所有颜色的９０％),使显示效果及清晰度等都达到极致.此外,由于激光器本身具有高亮度的特征,因此容易实现高对比度,正是这些优点推动了近年来激光显示技术的进步.限于当前绿色和红色半导体激光器的功率和成本等因素,市场上现有的激光显示产品大多数都是通过激光光源和L E D 光源的混合显示产品或激光激发荧光材料来实现的.未来,激光显示器的主要研究和发展方向是将激光用作新型投影光源,向着大屏幕方向的发展以及通过三基色激光束在屏幕上快速扫描进行直接成像,这就要求系统的输出功率㊁色温稳定性达到一定高度.４．３㊀可见光无线通信技术激光不仅是能量的载体,也是信息的载体.作为信息的载体,激光可应用于自由空间的通讯,如太空和海洋内部.由于白色激光具有较宽的通信频带,因此与普通的单色激光器相比,它能携带更多的信息并且特别适合于海洋中潜艇之间的自由空间激光通信.可见光无线通信(L i g h tF i d e l i t y ,L i F i )是使用可见光波谱调制进行数据传输的无线传输技术.由于可见光遍布我们周围,与此同时,L E D 的调制速度比现有的基于微波的W I F I 的调制速度快得多,因此若要通过L I F I 技术高速访问互联５７３第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀江子琦,等:半导体激光白光光源研究进展. All Rights Reserved.网,我们需要做的就是升级现有的照明设备.与L E D 相比,激光具有更高的调制速率(通常是L E D 的１０~１００倍),因此更加适合应用于可见光无线通信中.白光激光器具有更多潜在的应用,因为它们可以与多基色激光器结合使用,因此可以与每种原色进行调制和复用以获得更多的通信带宽.随着白光激光照明和显示技术的发展和普及,基于激光白光光源的L I F I 技术有望得到更广泛的推广.５㊀半导体激光白光光源技术应用于水下探测的展望㊀㊀海洋生命的摇篮,约占地球表面积的７１％.在２０世纪中时人类开始探索和利用海洋世界,但目前为止,还有９５％的海底世界是未知的.随着人类对海洋的进一步观测和开发,水下光源的研究不可或缺,目前,水下常用的光源有L E D ㊁卤钨灯㊁激光等.在水下照明领域,国外研究仍遥遥领先.虽然国内在这一领域的发展也今非昔比,但如今我国在进行海洋探测时所需的水下照明光源大部分还依赖于进口.因此,水下光源的研究仍有很大的发展空间.激光和L E D 相比,首先激光的直径要远小于常规L E D ;其次激光的发光效率要远高于L E D ,与此同时激光也不存在效率突然下降的问题,有利于节约电能和增加寿命;再者,激光的亮度衰减更低且能量密度更强;最后,L E D 需要很复杂的冷却系统来解决它的发热问题,而激光的冷却系统相对简单[２５].通常,光束在水下传播１m 的效果相当于在空气介质中传播８００~１０００m [２６].当光进入大海时,海水使光的能量衰减,衰减的主要原因是吸收和散射.在海水中,衰减系数随光的波长而异,但海洋中存在一个类似于大气中的透光窗口,即海水对波长在４７０~５８０n m 波段内的蓝绿光的衰减要比其他光波段小得多,因此蓝绿激光被广泛应用于水下目标的探测及通信.许多国家对蓝绿激光在水下通信㊁测深㊁探测㊁传感等方面投入了大量的人力和物力,研制出了一些典型样机,主要有连续激光行扫描成像系统和脉冲激光行扫描成像系统.前者使用连续绿光(５３２n m )激光器和非选通光电倍增管,后者使用高重频脉冲绿光激光器和定制的选通光电倍增管[２７].虽然蓝绿激光很好地解决了水下探测和通信的问题,并成功在民用和军事领域大放光彩,但由于单色激光的限制,蓝绿激光并不能很好地用于水下目标识别及光谱分析等方面.半导体激光白光光源继承了激光器单色性稳定的特点,显色指数高,覆盖颜色范围达９０％以上,能真实呈现客观世界的颜色,但因白光激光光源的稳定性㊁功率及相关技术的限制,目前将白光激光光源用于水下探测的研究甚少.为了大规模满足半导体激光白光光源能应用于各行业的需求,输出的白光需要具备更高更稳定的功率㊁出色的光束质量㊁更好的光谱特性,同时能保证不同介质中白色激光输出的性能稳定性.目前待解决的问题有:从半导体激光器入手,研发半导体激光器的新材料结构和成熟的激光合束技术;芯片㊁荧光材料的发展和工艺方面的挑战;优化光学系统以实现更优的半导体激光白光光源.随着水下成像技术和半导体激光白光光源的不断发展,半导体激光白光光源很有可能成为影响未来水下探测发展的新一代颠覆性技术.６㊀结㊀㊀论通过对半导体激光白光光源的合成方案及应用难点的分析,对半导体激光白光光源技术应用于水下探测进行了展望,这为后续半导体激光白光光源发展方向提供了参考依据.随着半导体激光白光光源发展的日趋成熟,克服发展瓶颈,使其更好的应用于海洋世界,将为我们探测海洋世界带来极大的便利.如今国内技术还需时间沉淀,技术突破大有希望.我们相信,在不远的将来,随着半导体激光合成白光光源技术的成熟,它将如同激光技术一样,走出实验室,走进我们的生活.参㊀考㊀文㊀献:[１]㊀Y A N G Y ,Z HU A N GSL ,K A IBC ．H i g hb r i g h t n e s s l a s e r Ｇd r i v e nw h i t ee m i t t e r f o rE t e n d u e Ｇl i m i t e da p pl i c a t i o n s ６７３㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷㊀. All Rights Reserved.[J ]．A p p l i e dO pt i c s ,２０１７,５６(３０):８３２１Ｇ８３２５．[２]㊀C A N T O R E M ,P F A F FN ,F A R R E L LR M ,e t a l ．H i g h l u m i n o u s f l u x f r o ms i n g l e c r y s t a l p h o s p h o r Ｇc o n v e r t e d l a Ｇs e r Ｇb a s e dw h i t e l i g h t i n g s y s t e m [J ]．O p t i c sE x pr e s s ,２０１６,２４(２):A ２１５ＧA ２２１．[３]㊀N A R U K AWA Y ,N A G A HAMA S ,MU K A IT ,e ta l ．D e v e l o p m e n to fh i g h Ｇl u m i n a n c ew h i t e l i g h t s o u r c eu s i n g G a N Ｇb a s e d l i g h t e m i t t i n g d e v i c e s [J ]．O y oB u t s u r i ,２００５,７４(１１):１４２３Ｇ１４３２．[４]㊀K O Z A K I T ,N A G A HAMAS I ,MU K A I T．R e c e n t p r o g r e s s o f h i g h Ｇp o w e rG a N Ｇb a s e d l a s e r d i o d e s [C ]//P r o c e e d Ｇi n g s o f S P I E ６４８５,N o v e l I n ＧP l a n eS e m i c o n d u c t o rL a s e r s Ⅳ．S a n J o s e :S P I E ,２００７:６４８５０３．[５]㊀S A I T OS ,HA T T O R IY ,S U G A IM ,e t a l ．H i g h Ｇe f f i c i e n c y G a N Ｇb a s e d l a s e r d i o d e s f o r s o l i d Ｇs t a t e l i g h t i n g [C ]//P r o c e e d i n g s o f ２００８I E E E ２１s t I n t e r n a t i o n a lS e m i c o n d u c t o rL a s e rC o n fe r e n c e ．S o r r e n t o :I E E E ,２００８:１８５Ｇ１８６．[６]㊀R Y U H Y ,K I M D H．H i g h Ｇb r i g h t n e s s p h o s p h o r Ｇc o n v e r s i o nw h i t e l i g h t s o u r c e u s i n g I n G a NB l u eL a s e r d i o d e [J ]．J o u r n a l of t h eO p t i c a lS o c i e t y o f Ko r e a ,２０１０,１４(４):４１５Ｇ４１９．[７]㊀N E UMA N N A ,W I E R E RJ J ,D A V I SW ,e t a l ．F o u r Ｇc o l o r l a s e rw h i t e i l l u m i n a n t d e m o n s t r a t i n g h i g h c o l o r Ｇr e n d e r Ｇi n gq u a l i t y [J ]．O p t i c sE x p r e s s ,２０１１,１９S u p p l ４:A ９８２ＧA ９９０．[８]㊀D E N A U L T K A ,C A N T O R E M ,N A K AMU R AS ,e t a l ．E f f i c i e n t a n d s t a b l e l a s e r Ｇd r i v e nw h i t e l i g h t i n g [J ]．A I P A d v a n c e s ,２０１３,３(７):０７２１０７．[９]㊀MA S U I S ,Y AMAMO T O T ,N A G A HAMAS I ．A w h i t e l i g h t s o u r c e e x c i t e db y l a s e r d i o d e s [J ]．E l e c t r o n i c s a n d C o mm u n i c a t i o n s i nJ a p a n ,２０１５,９８(５):２３Ｇ２７．[１０]㊀F O U C H E RC ,G U I L HA B E R TB ,K A N I B O L O T S K Y AL ,e t a l ．R G Ba n dw h i t e Ｇe m i t t i n g o r g a n i c l a s e r s o n f l e x Ｇi b l e g l a s s [J ]．O p t i c sE x p r e s s ,２０１６,２４(３):２２７３Ｇ２２８０．[１１]㊀L E EC ,S H E NC ,C O Z Z A NC ,e t a l ．G i g a b i t Ｇp e r Ｇs e c o n dw h i t e l i g h t Ｇb a s e d v i s i b l e l i g h t c o mm u n i c a t i o n u s i n g ne a r Ｇu l t r a v i o l e t l a s e rd i o d ea n dr e d Ｇ,g r e e n Ｇ,a n d b l u e Ｇe m i t t i n g p h o s p h o r s [J ]．O p t i c s E x pr e s s ,２０１７,２５(１５):１７４８０Ｇ１７４８７．[１２]㊀X U Y ,C H E NL H ,L IYZ ,e t a l ．P h o s p h o r Ｇc o n v e r s i o nw h i t e l i g h t u s i n g I n G a Nu l t r a v i o l e t l a s e r d i o d e [J ]．A p Ｇp l i e dP h ys i c sL e t t e r s ,２００８,９２(２):０２１１２９．[１３]㊀X U Y ,HU H ,Z HU A N G W ,e t a l ．W h i t e l i g h t e m i s s i o n f r o mu l t r a v i o l e t l a s e r d i o d e [J ]．L a s e rP h y s i c s ,２００９,１９(３):４０３Ｇ４０６．[１４]㊀罗智田．基于半导体激光器的汽车前照灯白光光源研究[D ]．成都:电子科技大学,２０１４．L U OZ T．R e s e a r c ho fs e m i c o n c d u c t o r l a s e rw h i t e l i g h ts o u c e sw h i c hi su s e di nc a rh e a d l i g h t [D ]．C h e n gd u :U n i ve r s i t y o fE l e c t r o n i cS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y o fC h i n a ,２０１４．(i nC h i n e s e )[１５]㊀Y A N G Y ,Z HU A N GSL ,K A IBC ．H i g hb r i g h t n e s s l a s e r Ｇd r i v e nw h i t e e m i t t e rf o rE t e n d u e Ｇl i m i t e da p p l i c a t i o n s [J ]．A p p l i e dO p t i c s ,２０１７,５６(３０):８３２１Ｇ８３２５．[１６]㊀Y A N GJ ,L I UZ ,X U EB ,e t a l ．H igh l y u ni f o r m w h i t e l i g h t Ｇb a s e dv i s i b l e l i g h t c o mm u n i c a t i o nu s i n g r e d ,g r e e n ,a n db l u e l a s e r d i o d e s [J ]．I E E EP h o t o n i c sJ o u r n a l ,２０１８,１０(２):８２００５０８．[１７]㊀颜博霞,王延伟,亓岩,等．激光显示光源颜色配比和色温研究[J ]．中国激光,２０１８,４５(４):４０１００４．Y A NBX ,WA N G Y W ,Q IY ,e t a l ．S t u d y o f c o l o r p r o p o r t i o na n d c o l o r t e m p e r a t u r e i n l a s e r d i s p l a y [J ]．C h i Ｇn e s eJ o u r n a l o f L a s e r s ,２０１８,４５(４):４０１００４．(i nC h i n e s e )[１８]㊀田景玉．高功率半导体激光器外腔合束技术及白激光研究[D ]．长春:中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),２０１９．T I A NJY．R e s e a r c h o nh i g h p o w e r d i o d e l a s e r e x t e r n a l c a v i t y b e a mc o m b i n a t i o n a n dw h i t e l a s e r [D ]．C h a n gc h u n :C h a n g c h u n I n s t i t u t e o fO p t i c s ,F i n eM e c h a n i c s a n dP h y s i c s ,C h i n e s eA c ade m y of S c i e n c e s ,２０１９．(i nC h i n e s e )[１９]㊀郭自泉,高玉琳,吕毅军,等．固定相关色温下三基色合成白光L E D 的光谱优化[J ]．光电子 激光,２０１１,２２(７):９９２Ｇ９９６．G U OZQ ,G A O YL ,L VYJ ,e t a l ．S p e c t r u mo pt i m i z a t i o n o f t r i Ｇc o l o rw h i t eL E D s a t f i x e d c o r r e l a t e d c o l o r t e m Ｇp e r a t u r e [J ]．J o u r n a l o f O pt o e l e c t r o n i c s L a s e r ,２０１１,２２(７):９９２Ｇ９９６．(i nC h i n e s e )[２０]㊀李飞,夏志国．固态照明用稀土荧光粉和无机量子点:机遇与挑战[J ]．应用化学,２０１８,３５(８):８５９Ｇ８７０．L IF ,X I AZG．R a r e e a r t hd o p e d p h o s p h o r s a n d i n o r g a n i c q u a n t u md o t s f o r s o l i ds t a t e l i g h t i n g :o p p o r t u n i t y an d c h a l l e n g e [J ]．C h i n e s eJ o u r n a l o f A p p l i e dC h e m i s t r y ,２０１８,３５(８):８５９Ｇ８７０．(i nC h i n e s e )７７３第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀江子琦,等:半导体激光白光光源研究进展. All Rights Reserved.[２１]㊀王梅芳,周立群,李玲,等．L i ＋,E u ３＋共掺杂L a ２M o O ６红色荧光粉的Pe c h i n i 法合成及近紫外/蓝光激发下的发光特征[J ]．应用化学,２０１５,３２(４):４４７Ｇ４５２．WA N G M F ,Z HO U L Q ,L IL ,e t a l ．S y n t h e s i s o fL i ＋a n dE u ３＋C o Ｇd o p e dL a ２M o O ６re d p h o s p h o r sb y P e c h i n i m e t h o d s a n d i t s p h o t o l u m i n e s c e n c e p r o p e r t i e su n d e rn e a r Ｇu l t r a v i o l e t a n db l u e l i g h t [J ]．C h i n e s eJ o u r n a l of A pＧp l i e dC h e m i s t r y ,２０１５,３２(４):４４７Ｇ４５２．(i nC h i n e s e )[２２]㊀朱宁．白光激光照明对荧光材料的要求[J ]．照明工程学报,２０１８,２９(３):５８Ｇ６１．Z HU N．R e q u i r e m e n t s i d e n t i f i c a t i o no n p h o s p h o rm a t e r i a l s t o l a s e r i l l u m i n a t i o n s y s t e m s [J ]．C h i n a I l l u m i n a t i n gE n g i n e e r i n g Jo u r n a l ,２０１８,２９(３):５８Ｇ６１．(i nC h i n e s e )[２３]㊀凌铭,张建文,黄中荣．汽车灯具的发展趋势[J ]．照明工程学报,２０１３,２４(４):１０６Ｇ１１２．L I N G M ,Z HA N GJW ,HU A N G Z R．D e v e l o p m e n to f a u t o m o t i v e l i g h t a n d l i g h t i n g [J ]．C h i n aI l l u m i n a t i n gE n g i n e e r i n g Jo u r n a l ,２０１３,２４(４):１０６Ｇ１１２．(i nC h i n e s e )[２４]㊀罗德智,牛萍娟,郭云雷,等．汽车前照大灯智能化的现状与发展[J ]．照明工程学报,２０１７,２８(５):７２Ｇ７８．L U O DZ ,N I U PJ ,G U O YL ,e t a l ．T h e p r e s e n t s i t u a t i o na n dd e v e l o p m e n t o f i n t e l l i g e n t h e a d l i gh t o f a u t o m o Ｇb i l e [J ]．C h i n aI l l u m i n a t i n g E n g i n e e r i n g Jo u r n a l ,２０１７,２８(５):７２Ｇ７８．(i nC h i n e s e )[２５]㊀吕伟振,刘伟奇,张大亮．激光与L E D 混合投影光源色度学特性分析[J ]．液晶与显示,２０１５,３０(２):３６９Ｇ３７３．L V W Z ,L I U W Q ,Z HA N GDL ．C o l o r i m e t r i c a n a l y s i s o f l a s e r a n dL E Dh y b r i d p r o je c t i o n s o u r c e s [J ]．C h i n e s e J o u r n a l of L i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a ys ,２０１５,３０(２):３６９Ｇ３７３．(i nC h i n e s e )[２６]㊀张利,孙传东,何俊华．基于成像自适应光学的水下成像系统研究[J ]．应用光学,２０１０,３１(５):６９０Ｇ６９４．Z HA N GL ,S U NCD ,H EJH．U n d e r w a t e r i m a g i n g s y s t e m b a s e do na d a p t i v eo p t i c s [J ]．J o u r n a l o f A p pl i e d O p t i c s ,２０１０,３１(５):６９０Ｇ６９４．(i nC h i n e s e )[２７]㊀王宇,唐耿彪,肖恒兵,等．水下激光照明成像设备检测方法研究[J ]．中国照明电器,２０１６(１０):４０Ｇ４４．WA N G Y ,T A N G GB ,X I A O H B ,e t a l ．R e s e a r c ho n t e s t i n g m e t h o do f u n d e r w a t e r l a s e r l i g h t i n g a n d i m a g i n ge q u i p m e n t [J ]．C h i n aL i g h t&L i g h t i n g ,２０１６(１０):４０Ｇ４４．(i nC h i n e s e )作者简介:㊀江子琦(１９９６－),女,江西抚州人,硕士研究生,２０１８年于海南大学获得学士学位,主要从事半导体激光白光光源的合成㊁水下成像等方面的研究.E Ｇm a i l :４７４９７２７７５＠q q．c om ㊀刘晓梅(１９８１－),女,吉林镇赉人,博士,讲师,２０１３年于中国科学院大学获得博士学位,主要从事成像光谱技术㊁光机电一体化等方面的研究.E Ｇm a i l :l i u x m＠h a i n a n u ．e d u ．c n８７３㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷㊀. 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