固态照明是什么？

固态照明（Solid—StateLighting，SSL）是一种全新的照明技术，利用半导体芯片作为发光材料，直接将电能转换为光能，它与白炽灯的钨丝发光和节能灯的三基色粉发光不同，半导体发光二极管（LED）采用电场发光，光电转换效率比较高。

固态照明具有节能、环保、寿命长、免维护、易控制等特点。

上个世纪，固态照明市场被白炽灯、荧光灯和氙气灯等光源所占据。

在1879年，Swan和爱迪生分别独立研发出了第一盏电灯，根据黑体发光原理。爱迪生发明的第一个白炽灯采用了从他妻子的缝纫箱里面拿出来的已经碳化的缝纫线，他的第一个商用的产品采用了碳化的竹纤维，功率约为60W，用了100多个小时，效率大概为1.4流明/瓦。

经过长期的发展，目前的白炽灯效率已经能够达到15流明/瓦（120伏/60瓦），平均寿命达到1000小时。

全球性的能源短缺和环境污染在经济高速发展的中国表现得尤为突出，节能和环保是中国实现社会经济可持续发展所急需解决的问题。 每年照明电能消耗约占全部电能消耗的12%~15%，作为能源消耗的大户，必须尽快寻找可以替代传统光源的新一代节能环保光源。

LED以其较之于传统照明光源所没有的优势，诸如较低的功率需求、较好的驱动特性、较快的响应速度、较高的抗震能力、较长的使用寿命、绿色环保以及不断快速提高的发光效率等，成为目前世界上最有可能替代传统光源的新一代光源。

虽然半导体照明事业才刚刚起步，照明用LED还有很多问题要解决，但是，随着化合物半导体技术的迅猛突破和封装技术的不断提高，LED在照明领域的应用开始形成并逐步扩大。现阶段LED的发光效率偏低和光通量成本偏高是制约其大规模进入照明领域的两大瓶颈。目前LED的应用领域主要集中在信号指示、智能显示、汽车灯具、景观照明和特殊照明等。

2003年6月17日，由科技部牵头成立了跨部门、跨地区、跨行业的“国家半导体照明工程协调领导小组”。从协调领导小组成立起，到2005年年底之前的这段时间将是半导体照明工程项目的紧急启动期。从2006年的“十一五”开始，国家将把半导体照明工程作为一个重大工程进行推动。2003年我国人均GDP首次突破获1000美元大关，经济实力得到了进一步的增强，已经初步具备了接受较高光通量成本（初始成本）的光源的能力。

在未来的5~10年内，用半导体LED作为光源的固态照明灯，将逐渐取代传统的照明灯而进入每一个角落，半导体LED固态光源替代传统照明光源已是大势所趋。我国的半导体LED产业链经过多年的发展已相对完善，具备了一定的发展基础。同时，我国又是照明灯具产业的大国,只要政府和业界适当协调整合得当，发展半导体LED照明产业是大有可为的。LED半导体照明市场潜力巨大，发展前景被广泛看好。 长期以来，由于LED光效低的原因，其应用主要集中在各种显示领域。随着超高亮度LED（特别是白光LED）的出现，在照明领域的应用成为可能。据国际权威机构预测，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代，被称为第四代新光源。

中国照明行业网说目前，照明消耗约占整个电力消耗的20%，大大降低照明用电是节省能源的重要途径，为实现这一目标业界已研究开发出许多种节能照明器具，并达到了一定的成效。但是，距离“绿色照明”的要求还远远不够，开发和应用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源势在必行。LED以其固有的优越性正吸引着世界的目光。美国、日本等国家和台湾地区对LED照明效益进行了预测，美国55%白炽灯及55%的日光灯被LED取代，每年节省350亿美元电费，每年减少7.55亿吨二氧化碳排放量。日本100%白炽灯换成LED，可减少1～2座核电厂发电量，每年节省10亿公升以上的原油消耗。台湾地区25%白炽灯及100%的日光灯被白光LED取代，每年节省110亿度电。

日本早在1998年就编制“21世纪计划”，针对新世纪照明用LED光源进行实用性研究。近年来，日本日亚化工、丰田合成、SONY、佳友电工等都已有LED照明产品问世。世界著名的照明公司如飞利浦、欧司朗、GE等也投入大量的人力物力进行LED照明产品的研究开发和生产。美国GE公司和EMCORE公司合作成立新公司，专门开发白光LED，以取代白炽灯、紧凑型荧光灯、卤钨灯和汽车灯。德国欧司朗公司与西门子公司合作开发LED照明系统。台湾目前的LED产量仅次于日本列在美国之前，从1998年开始投入6亿台币进行相关开发工作。

LED发展历史已经几十年，但在照明领域的应用还是新技术。随着LED技术的迅猛发展，其发光效率的逐步提高，LED的应用市场将更加广泛，特别在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，LED在照明市场的前景更备受全球瞩目，被业界认为在未来10年成为最被看好的市场以及最大的市场将是取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的最大潜力商品。

半导体固态照明采用发光二极管(led,light emitting diode)，不仅可以节约能源、减少污染、还具有体积小、寿命长、控制灵活方便等优点。目前，限制led性能提高的主要原因是光提效率不高，导致亮度不高，发热严重，严重影响了以led芯片为核心的半导体照明的普及。本文就led器件中光提取效率提高途径问题，介绍了技术研究与工业生产中通常采用的转移衬底结构、电流分布与电流扩展结构、芯片形状几何化结构、表面微结构等几种常见的光提取效率提高技术，分析了这些技术的理论原理和应用现状，并指出led作为绿色照明的新一代光源，尚存在巨大的开发潜力。

这些年来，随着半导体照明的不断深入发展，led以其高电光转换效率和绿色环保的优势受到越来越广泛的关注。半导体照明产品中的核心组成部分--led芯片，其研究与生产技术有了飞速的发展，芯片亮度和可靠性不断提高。在led芯片的研发和生产过程中，器件外量子效率的提高一直是核心内容，因此，光提取效率的提高显得至关重要。

　led的光提取效率是指出射到器件外可供利用的光子与外延片的有源区由电子空穴复合所产生的光子的比例。在传统led器件中，由于衬底吸收、电极阻挡、出光面的全反射等因素的存在，光提取效率通常不到10%,绝大部分光子被限制在器件内部无法出射而转变成热，成为影响器件可靠性的不良因素，尤其在大功率led器件中。

为提高光提取效率，使得器件体内产生的光子更多地发射到体外，并改善器件内部热特性，经过多年的研究和实践，人们已经提出了多种光提取效率提高的方法。下面介绍几种较为常见且有效的光提取效率提高的方法。

倒装结构

为了减少衬底对光子的吸收，采用了转移衬底的倒装结构。对于GaAs基AlGaInP系红黄光led,倒装结构是基于芯片键合(Wafer Bonding)技术，将导电导热性能更好的衬底与外延片的P面键合，然后去除吸收光且导热性能较差的GaAs衬底，使光从器件的N面透射出来。一般情况下，在键合界面上都会制作全方位反射镜，使射向不透明衬底一侧的光子能反射到出光面提取出来，因此这种结构大大提高了器件的光提取效率。对于蓝宝石外延衬底生长的GaN基蓝、绿光led,在去除蓝宝石不导电衬底的同时，采用了导热、导电性能更好的衬底材料(例如硅、铜等)使器件的散热性能更好，而且避免了双面电极器件中电流拥堵问题，而且大大节约了芯片的面

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