半導體照明

半導體照明

半導體照明(Semiconductor Lighting),即發光二極體(Light-emitting diode, 簡稱LED),是一種半導體固體發光器件,是利用固體半導體晶片作為發光材料,在半導體中通過載流子發生複合放出過剩的能量而引起光子發射,直接發出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。半導體照明產品就是利用LED作為光源製造出來的照明器具。半導體照明具有高效、節能、環保、易維護等顯著特點,是實現節能減排的有效途徑,已逐漸成為照明史上繼白熾燈、螢光燈之後的又一場照明光源的革命。

簡介

半導體照明半導體照明

半導體照明即LED(LightingEmittingDiode),LED是半導體器件通過PN結實現電光轉換。發光二極體通常也叫光發射二極體(LightEmittingDiode,簡寫為LED)是一種可將電能轉變為光能的半導體發光器件,屬於固態光源。LED在20世紀60年代初期問世,當時的LED以紅色為主,發光效率很低,光通量很小,只能作指示燈和儀表顯示器使用。隨著管芯材料、結構和封裝技術的不斷進步,LED顏色品種增多,光效大幅度提高,紅色LED光效已可以到100lm/W,綠色LED也可達到50lm/W,單個LED的光通量可達到幾十流明。尤其是近年來高光效、高亮度的白光LED的開發成功,使得LED在照明領域的套用成為可能。自愛迪生發明白熾燈以來的100多年中,電光源照明經歷了三個重要發展階段,這三個階段中的代表性光源分別為白熾燈螢光燈和高強度氣體放電燈。現在人們普遍認為LED將可望發展成第四代光源,即半導體照明。

LED被稱為第四代照明光源或綠色光源,具有節能、環保、壽命長、體積小等特點,可以廣泛套用於各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領域。全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下,節約能源是我們未來面臨的重要的問題,在照明領域,LED發光產品的套用正吸引著世人的目光,LED作為一種新型的綠色光源產品,必然是未來發展的趨勢,二十一世紀將進入以LED為代表的新型照明光源時代。

優點

高節能:節能能源無污染即為環保。直流驅動,超低功耗(單管0.03-0.06瓦)電光功率轉換接近100%,相同照明效果比傳統光源節能80%以上。

壽命長:LED光源有人稱它為長壽燈,意為永不熄滅的燈。固體冷光源,環氧樹脂封裝,燈體內也沒有鬆動的部分,不存在燈絲髮光易燒、熱沉積、光衰等缺點,使用壽命可達6萬到10萬小時,比傳統光源壽命長10倍以上。

多變幻:LED光源可利用紅、綠、籃三基色原理,在計算機技術控制下使三種顏色具有256級灰度並任意混合,即可產生256×256×256=16777216種顏色,形成不同光色的組合變化多端,實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。

利環保:環保效益更佳,光譜中沒有紫外線紅外線,既沒有熱量,也沒有輻射,眩光小,而且廢棄物可回收,沒有污染不含汞元素,冷光源,可以安全觸摸,屬於典型的綠色照明光源。

高新尖:與傳統光源單調的發光效果相比,LED光源是低壓微電子產品,成功融合了計算機技術、網路通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等,所以亦是數字信息化產品,是半導體光電器件“高新尖”技術,具有線上編程,無限升級,靈活多變的特點。

缺陷

半導體照明半導體照明

1、會因溫度升高而產生光強衰減。

2、LED實際是個半導體PN結,其正嚮導通電壓雖然都在一個範圍內,但卻因生產廠家、設備型號、進貨批次的不同而相異,這種情況極易導致相當一部分LED不能工作在正常工作點上。

3、單個LED功率低。為了獲得大功率,需要多個並聯使用,例如汽車尾燈。單個大功率LED價格很貴。現階段LED價格較之於白熾燈價格要貴幾倍、十幾倍甚至幾十倍。

4、顯色指數低。在LED照射下顯示的顏色沒有白熾燈真實。

相關術語

波長:光的色彩強弱變化,是可以通過數據來描述,這種數據叫波長。我們能見到的光的波長,範圍在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光強度。單位:尼特(nit)
光強:指光源的明亮程度。也即表示光源在一定方向和範圍內發出的可見光輻射強弱的物理量。
單位:燭光(cd)
光通量:光源每秒鐘所發出的可見光量之總和。單位:流明(Lm)
光效:光源發出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源節能的重要指標。單位:每瓦流明(Lm/w)。
顯色性:光源對物體呈現的程度,也就是顏色的逼真程度。通常叫做"顯色指數"單位:Ra。
色溫:光源發射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時,黑體的溫度稱為該光源的色溫。
單位:開爾文(k)。
眩光:視野內有亮度極高的物體或強烈的亮度對比,所造成的視覺不舒適稱為眩光,眩光是影響照明質量的重要因素。
同步性:兩個或兩個以上LED燈在不規定時間內能正常按程式設定的方式運行,一般指內控方式的LED燈,同步性是LED燈實現協調變化的基本要求。
防護等級:IP防護等級是將燈具依其防塵、防濕氣之特性加以分級,由兩個數字所組成,第一個數字代表燈具防塵、防止外物侵人的等級(分0-6級),第二個數字代表燈具防濕氣、防水侵人的密封程度(分0-8級),數字越大表示其防護等級越高。

產業化

發展計畫

半導體照明產業研究半導體照明產業研究

世界上一些經濟已開發國家圍繞LED的研製展開了激烈的技術競賽。美國從2000年起投資5億美元實施“國家半導體照明計畫”,歐盟也在2000年7月宣布啟動類似的“彩虹計畫”。中國科技部在“863”計畫的支持下,2003年6月份首次提出發展半導體照明計畫。國家將進一步加強引導、規範和扶持,促進半導體照明產業做大做強。將加快制定出台“十二五”半導體照明節能產業專項規劃。

產業分布

從全球來看,半導體照明產業已形成以美國、亞洲、歐洲三大區域為主導的三足鼎立的產業分布與競爭格局。隨著市場的快速發展,美國、日本、歐洲各主要廠商紛紛擴產,加快搶占市場份額。根據目前全球LED產業發展情況,預測LED照明將使全球照明用電減少一半,2007年起,澳大利亞、加拿大、美國、歐盟、日本及中國台灣等國家和地區已陸續宣布將逐步淘汰白熾燈,發展LED照明成為全球產業的焦點。

中國發展

中國LED產業起步於20世紀70年代。經過30多年的發展,中國LED產業已初步形成了包括LED外延片的生產、LED晶片的製備、LED晶片的封裝以及LED產品套用在內的較為完整的產業鏈。在“國家半導體照明工程”的推動下,形成了上海、大連、南昌、廈門、深圳、揚州和石家莊七個國家半導體照明工程產業化基地。長三角、珠三角、閩三角以及北方地區則成為中國LED產業發展的聚集地。

2007年中國LED套用產品產值已超過300億元,已成為LED全彩顯示屏、太陽能LED、景觀照明等套用產品世界最大的生產和出口國,新興的半導體照明產業正在形成。國內在照明領域已經形成一定特色,其中戶外照明發展最快,已有上百家LED路燈企業並建設了幾十條示範道路,但國內在大尺寸LCD背光和汽車前照燈方面仍顯落後。2008年北京奧運會對LED照明的集中展示讓人們對LED有了全新的認識,有力推動了中國半導體照明產業的發展。當前中國半導體產業產業大而不強,核心競爭力仍有待於進一步提升。對國內企業而言,壯大規模、提高產品質量與技術水平是首要任務,提高未來取得大廠專利授權時的要價能力,或逐步通過研發突破核心專利。

從產業發展前景和趨勢來看,由於環保節能減碳受到重視,使得半導體照明的套用日益廣泛,也使得國內外大批廠商競相投入這一新興產業領域。中國經濟的飛速發展使得國際資本和民間資本對中國半導體照明市場青睞有加,在國內市場掀起投資熱潮,計2010年中國整個LED產業的產值超過1500億元。

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