半導(dǎo)體照明

LED照明原理

LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-三豐光電N特性，即正向?qū)ǎ聪蚪刂?、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。

假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見(jiàn)光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)μm以內(nèi)產(chǎn)生。
理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長(zhǎng)λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg有關(guān)，即
おおおλ≈1240/Eg（mm）
式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產(chǎn)生可見(jiàn)光（波長(zhǎng)在380nm紫光～780nm紅光），半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3.26～1.63eV之間。比紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管，但其中藍(lán)光二極管成本、價(jià)格很高，使用不普遍。

極限參數(shù)的意義

（1）允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過(guò)它的電流之積的最大值。超過(guò)此值，LED發(fā)熱、損壞。
（2）最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過(guò)此值可損壞二極管。
（3）最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓。超過(guò)此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。
（4）工作環(huán)境topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。

發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，節(jié)約能源是我們未來(lái)面臨的重要的問(wèn)題，在照明領(lǐng)域，LED發(fā)光產(chǎn)品的應(yīng)用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，二十一世紀(jì)將進(jìn)入以LED為代表的新型照明光源時(shí)代。

中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)70年代。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)已初步形成了包括LED外延片的生產(chǎn)、LED芯片的制備、LED芯片的封裝以及LED產(chǎn)品應(yīng)用在內(nèi)的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。在“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”的推動(dòng)下，形成了上海、大連、南昌、廈門(mén)、深圳、揚(yáng)州和石家莊七個(gè)國(guó)家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地。長(zhǎng)三角、珠三角、閩三角以及北方地區(qū)則成為中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聚集地。

目前，中國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展向好，外延芯片企業(yè)的發(fā)展尤其迅速、封裝企業(yè)規(guī)模繼續(xù)保持較快增長(zhǎng)、照明應(yīng)用取得較大進(jìn)展。2007年中國(guó)LED應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)值已超過(guò)300億元，已成為L(zhǎng)ED全彩顯示屏、太陽(yáng)能LED、景觀照明等應(yīng)用產(chǎn)品世界最大的生產(chǎn)和出口國(guó)，新興的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)正在形成。國(guó)內(nèi)在照明領(lǐng)域已經(jīng)形成一定特色，其中戶外照明發(fā)展最快，已有上百家LED路燈企業(yè)并建設(shè)了幾十條示范道路，但在室內(nèi)通用照明市場(chǎng)方面仍顯落后。

2008年北京奧運(yùn)會(huì)對(duì)LED照明的集中展示讓人們對(duì)LED有了全新的認(rèn)識(shí)，有力推動(dòng)了中國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當(dāng)前中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)大而不強(qiáng)，核心競(jìng)爭(zhēng)力仍有待于進(jìn)一步提升。對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)而言，壯大規(guī)模、提高產(chǎn)品質(zhì)量與技術(shù)水平是首要任務(wù)，提高未來(lái)取得大廠專利授權(quán)時(shí)的要價(jià)能力，或逐步通過(guò)研發(fā)突破核心專利。

發(fā)展趨勢(shì)

LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領(lǐng)域。近年來(lái)，世界上一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家圍繞LED的研制展開(kāi)了激烈的技術(shù)競(jìng)賽。美國(guó)從2000年起投資5億美元實(shí)施“國(guó)家半導(dǎo)體照明計(jì)劃”，歐盟也在2000年7月宣布啟動(dòng)類似的“彩虹計(jì)劃”。我國(guó)科技部在“863”計(jì)劃的支持下，2003年6月份首次提出發(fā)展半導(dǎo)體照明計(jì)劃。 多年來(lái)，LED照明以其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，已受到國(guó)家和各級(jí)政府的重視，各地紛紛出臺(tái)相關(guān)政策和舉措加快LED燈具的發(fā)展；大眾消費(fèi)者也對(duì)這種環(huán)保新型的照明產(chǎn)品渴求已久。但是，由于投入在技術(shù)和推廣上的成本居高不下，使得令萬(wàn)千消費(fèi)者翹首以待的LED照明產(chǎn)品一直可望而不可及，遲遲未能揭開(kāi)其神秘的貴族面紗！

隨著國(guó)內(nèi)部分廠家技術(shù)和生產(chǎn)成本的降低，LED照明叫好而不叫座的局面行將改變。價(jià)廉物美的LED照明產(chǎn)品，將給中國(guó)照明行業(yè)帶來(lái)革命性的沖擊，為廣大消費(fèi)者帶來(lái)光明的福音！
優(yōu)點(diǎn)：
高節(jié)能：節(jié)能能源無(wú)污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動(dòng)，超低功耗（單管0.03-0.06瓦）電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。
壽命長(zhǎng)：LED光源有人稱它為長(zhǎng)壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，使用壽命可達(dá)6萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上。
多變幻：LED光源可利用紅、綠、籃三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有256級(jí)灰度并任意混合，即可產(chǎn)生256×256×256＝16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。
利環(huán)保：環(huán)保效益更佳，光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線，既沒(méi)有熱量，也沒(méi)有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒(méi)有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。
高新尖：與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品，成功融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導(dǎo)體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程，無(wú)限升級(jí)，靈活多變的特點(diǎn)。

術(shù)語(yǔ)

波長(zhǎng)：光的色彩強(qiáng)弱變化，是可以通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)描述，這種數(shù)據(jù)叫波長(zhǎng)。我們能見(jiàn)到的光的波長(zhǎng)，范圍在380至780nm之間。單位：納米（nm）
亮度：亮度是指物體明暗的程度，定義是單位面積的發(fā)光強(qiáng)度。單位：尼特（nit）
光強(qiáng)：指光源的明亮程度。也即表示光源在一定方向和范圍內(nèi)發(fā)出的可見(jiàn)光輻射強(qiáng)弱的物理量。
單位：燭光（cd）
光通量：光源每秒鐘所發(fā)出的可見(jiàn)光量之總和。單位：流明（Lm）
光效：光源發(fā)出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源節(jié)能的重要指標(biāo)。單位：每瓦流明（Lm/w）。
顯色性：光源對(duì)物體呈現(xiàn)的程度，也就是顏色的逼真程度。通常叫做"顯色指數(shù)"單位：Ra。
色溫：光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時(shí)，黑體的溫度稱為該光源的色溫。
單位：開(kāi)爾文（k）。
眩光：視野內(nèi)有亮度極高的物體或強(qiáng)烈的亮度對(duì)比，所造成的視覺(jué)不舒適稱為眩光，眩光是影響照明質(zhì)量的重要因素。
同步性：兩個(gè)或兩個(gè)以上LED燈在不規(guī)定時(shí)間內(nèi)能正常按程序設(shè)定的方式運(yùn)行，一般指內(nèi)控方式的LED燈，同步性是LED燈實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)變化的基本要求。
防護(hù)等級(jí)：IP防護(hù)等級(jí)是將燈具依其防塵、防濕氣之特性加以分級(jí)，由兩個(gè)數(shù)字所組成，第一個(gè)數(shù)字代表燈具防塵、防止外物侵人的等級(jí)（分0-6級(jí)），第二個(gè)數(shù)字代表燈具防濕氣、防水侵人的密封程度（分0-8級(jí)），數(shù)字越大表示其防護(hù)等級(jí)越高。

適用范圍

LED照明燈具里，底燈，吊燈，投射燈等裝飾用，反射用途的LED照明燈具可以完全勝任于任何場(chǎng)合，包括美術(shù)館，博物館等對(duì)顏色度要求較高的場(chǎng)所。但是對(duì)于商場(chǎng)，寫(xiě)字樓等大規(guī)模設(shè)施來(lái)說(shuō)，作為大范圍照明的LED燈具雖然已經(jīng)誕生，但是其指向性(LED芯片發(fā)出的光是直線，發(fā)散性不好)太高，造成大面積內(nèi)設(shè)計(jì)平均的照度很困難。燈管型LED照明燈具排列過(guò)密，設(shè)計(jì)成本過(guò)高，失去節(jié)能效果。因此，現(xiàn)階段裝飾用途場(chǎng)合，LED照明燈具完全可用，大面積室內(nèi)照明還不成熟。