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1、LED照明原理与发展现状LED（Lighting Emitting Diode）照明即是发光二极管照明，是一种半导体固体发光器件。它是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放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿色的光，在此基础上，利用三基色原理，添加荧光粉，可以发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色等任意颜色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。1. LED照明的原理LED照明的LED是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导
2、通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。 假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数m以内产生。 理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的
3、半导体材料禁带宽度Eg有关，即 1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。2. LED照明的特性极限参数的意义 ：（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 （2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 （3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管
4、可能被击穿损坏。（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。 LED照明光源以及灯具图片(20张)不改变材质的前提下，在LED的极限范围内，提高亮度的手段就是提高电流，随着电流升高，LED发热量会剧增。使用过LED光源便携投影机或微投的朋友，一定都深有体会，LED光源的投影机，非常热，而且普遍会有明显的噪音。这些产品，机身小是一方面，关键还是其自身发热量较大所致。随着功率的增加，LED的散热问题显得越来越突出，大量实际应用表明，LED不能加大输入功率的基本原因，是由于LED在工作过程中会放出大量的热，使管芯结温迅速上
5、升，热阻变大。输入功率越高，发热效应越大。温度的升高将导致器件性能变化与衰减，非辐射复合增加，器件的漏电流增加，半导体材料缺陷增长，金属电极电迁移，封装用环氧树脂黄化等等，严重影响LED的光电参数。甚至使功率LED失效。因此，对于LED器件，降低热阻与结温、对发光二极管的热特性进行研究显得日趋重要。3. LED发展现状当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。LED球泡灯具与白炽灯比较，其最大的发展动力就
6、是节能环保的优势。但是由于成本过高，导致价格要比传统灯具高了几个档次，要让消费者真正心甘情愿地消费，还需价格的进一步下降。2 LED灯具最新图片中国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链，中国发展得比较快的LED企业很多：雷士照明、长方照明、华威凯德、迪博特公司。在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州、广洲和石家庄七个国家半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。目前，
7、中国半导体照明产业发展向好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。2007年中国LED应用产品产值已超过300亿元，已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。国内在照明领域已经形成一定特色，其中户外照明发展最快，已有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路，但在室内通用照明市场方面仍显落后。2008年北京奥运会对LED照明的集中展示让人们对LED有了全新的认识，有力推动了中国半导体照明产业的发展。当前中国半导体产业产业大而不强，核心竞争力仍有待于进一步提升。对国内企业而言，壮大规模、
8、提高产品质量与技术水平是首要任务，提高未来取得大厂专利授权时的要价能力，或逐步通过研发突破核心专利。4. LED发展趋势 LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。 多年来，LED照明以其节能、环保的优势，已受到国家和各级政府的重视，各地纷
9、纷出台相关政策和举措加快LED灯具的发展；大众消费者也对这种环保新型的照明产品渴求已久。但是，由于投入在技术和推广上的成本居高不下，使得令万千消费者翘首以待的LED照明产品一直可望而不可及，迟迟未能揭开其神秘的贵族面纱！随着国内部分厂家技术和生产成本的降低，LED照明叫好而不叫座的局面行将改变。价廉物美的LED照明产品，将给中国照明行业带来革命性的冲击，为广大消费者带来光明的福音！LED照明优点：1） 高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。 2） 寿命长：LED光源有人称它为长寿灯，意为永不
10、熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 3） 多变幻：LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256256256=16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。 4） 利环保：环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。 5） 高新尖：与传统光源单调的发光效果相
11、比，LED光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程，无限升级，灵活多变的特点。5. LED照明的新设计理念LED的出现打破了传统光源的设计方法与思路，目前有两种最新的设计理念。1) 情景照明：是2008年由飞利浦提出的情景照明，以环境的需求来设计灯具。情景照明以场所为出发点，旨在营造一种漂亮、绚丽的光照环境，去烘托场景效果，使人感觉到有场景氛围。 2) 情调照明：是2009年由凯西欧提出的情调照明，以人的需求来设计灯具。情调照明是以人情感为出发点，从人的角度去创造一种意境般的光
12、照环境。情调照明与情景照明有所不同，情调照明是动态的，可以满足人的精神需求的照明方式，使人感到有情调;而情景照明是静态的，它只能强调场景光照的需求，而不能表达人的情绪，从某种意义上说，情调照明涵盖情景照明。情调照明包含四个方面：一是环保节能，二是健康，三是智能化，四是人性化。 6. 室内照明市场成长曲线随着半导体照明技术的进步，LED照明产品已开始进入室内照明领域。LED照明被认为是未来照明的发展趋势，而室内照明巨大的市场也时刻牵动着业界的心。发展是一个过程，LED大规模入主室内照明市场还有多远？将经历一个怎样的阶段？企业应当如何发展？经与与多位业内人士沟通，希望能大致描绘出国内LED室内照明
13、市场的成长曲线，为业界提供参考。 2020年LED室内照明产品市场占有率或可达到50% 对于受多种因素影响，同时快速发展中的国内LED室内照明市场，很难准确预测其产品的市场占有率，采访中很多人认为至2012年LED室内照明的市场占有率或可达到10%,2015年或可达到30%,而至2020年则或可达到50%.不过，中国半导体照明网针对LED照明普及时间进程的调查结果显示，也有很多人持相对乐观的态度。欧司朗相关人士认为2020年LED室内照明的市场占有率或可达到50%，而且由于LED的设计空间巨大，除照明市场规模不断扩大外，也将带动相关市场的发展，整体市场规模巨大。尽管目前已可以看到多种室内照明产
14、品，但在业界很多人看来，作为一种新型光源，目前国内的LED室内照明市场还刚刚起步，无论是LED室内照明产品本身还是相关的技术、规范、标准、消费者的观念都需要一定的时间去发展，目前LED室内照明的工艺、产品等都还不够成熟，还不适宜大规模推广。而对于国内LED室内照明的发展阶段，四川新力光源有限公司常务副总裁张立认为，目前LED室内照明尚处于技术准备阶段，这一阶段或将持续两到三年。之后随着消费者对LED照明产品认知度的提高，规范、标准体系的建立、生产工艺的成熟等会进入产品相对成熟的初级推广阶段。而2015年后随着世界经济的恢复，消费者经济承受力的提高，同时受能源紧缺、电价提高等影响，可以预期LED
15、室内照明产品的推广会比较快。至2025年LED室内照明产品的市场占有率有可能达到70%80%张立说。2014年以后LED灯泡商机爆发势头将相当强 目前国内LED的室内照明主要集中在装饰照明，比如一些娱乐场所、商业照明和公共照明比如地下停车场、星级宾馆走廊等，尚未真正进入市场巨大的普通家用照明。主要室内照明产品有商业日光灯、筒灯、射灯、替代白炽灯的球泡灯、冰柜灯等。工业和信息化部半导体照明技术标准工作组副组长彭万华指出，根据国外一些国家发展LED室内照明的计划，预计从2010-2012年主推商业照明，而从2012-2015年将主推普通照明，即普通家用照明。从技术的角度，目前光的质量，比如光色等方
16、面还不是很好，而家用照明对光的要求很高，因此最近几年不宜提倡住宅照明。作为未来照明的发展趋势，LED大规模进入室内照明的进程是怎样的？在当前众多LED室内照明产品中，LED灯泡是重要形式之一。根据对全球照明灯泡市场的相关研究，灯泡市场短期内至少到2017年以前，都是传统光源，白炽灯、荧光灯以及新光源如LED灯泡等共同主导市场。LED灯泡仍需历经一段时间代换各种主流的传统及节能光源，目前LED灯泡仍处在市场导入阶段。预计2014年以后LED灯泡商机爆发性将相当强劲，在2018年以后需求将大幅度领先荧光灯等光源。总体来看，可将LED灯泡在照明市场的成长大致分为三个阶段：2012年以前白炽灯、荧光灯及节能灯将是照明灯泡照明的主要光源，而LED价格偏高，处于示范阶段，主要是替换白炽灯。2012-2014年，随着全球白炽灯禁产禁用政策的依序落实，使得白炽灯在2012年后
