半导体照明的介绍

半导体照明是一种采用发光二极管（LED）作为光源的照明装置，广泛应用于装饰灯、城市景观照明、交通信号灯、大屏幕显示、仪器仪表指示灯、汽车用灯、手机及PDA背光源、电脑及普通照明等领域。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它是半导体制成的光电器件，可将电能转换为光能。半导体照明相同亮度的能耗仅为普通白炽灯的十分之一，而寿命却为其100倍，被誉为“21世纪新固体光源时代的革命性技术”。

半导体照明产品的构成及其发光原理

与白炽灯和节能灯不同的是，半导体照明采用电场发光。它的基本结构是将一块电致发光的半导体材料置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。LED因使用材料的不同，其二极管内电子、空穴所占能级也有所不同，能级差的不同使载流子复合时产生的光子的能量不同，从而形成不同波长的光。

由于半导体照明能把电能直接转换为光能，因此从理论上可以产生较高的光效。近几年来， LED的光效提高很快。在1998年，白光LED的光效只有5 lm/W，但在2000年时，白光LED的光效已达25 lm/W，这一指标与卤钨灯相近。2008年7月22日，位于加州的欧司朗公司在开发高亮度、高效率LED上取得了新的突破，在350 mA的标准条件下，亮度的峰值达到155 lm，效率达到136 lm/W。2009年，世界LED巨头Cree、Nichia新近宣布LED的发光效率实验值分别是161 lm/W@350 mA、145 lm/W@350 mA，这些结果都已经大大超过了现有照明灯具的光效。当然，上述这些都是在实验室取得的，在实际应用中，由于受散热性等多方面的影响，LED的光效仅只有几十lm/W。不过以当前LED技术的发展速度，相信LED光效的瓶颈会得到突破，从而真正实现LED照明的广泛应用。

半导体照明产品的分类

LED常见分类主要有以下五种方式：

(1) 按发光管发光颜色：可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管不适合做指示灯用。目前，为了提高LED的发光效率，推动LED在通用照明领域的应用，用红、绿、蓝三基色或其他途径合成白光LED成为该领域的研究热点。

(2) 按发光管出光面特征：可分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为Φ2 mm、Φ4.4 mm、Φ5 mm、Φ8 mm、Φ10 mm及Φ20 mm等。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。

(3) 按照发光强度角分布图，可分为以下三类：

高指向性：一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。

标准型：通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。

散射型：这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。

(4) 按发光二极管的结构：可分为全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。

(5) 按发光强度和工作电流：按发光强度可分为普通亮度的LED（发光强度小于10 mcd）、高亮度的LED（发光强度介于10～100 mcd之间）和超高亮度的LED（发光强度大于100 mcd）；按照工作电流，可分为一般LED和低电流LED，其中一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2 mA以下（亮度与普通发光管相同）。

半导体照明产品的特点

在当前全球能源短缺的形势下，节约能源是我们正面临的重要问题。LED被称为第四代照明光源或绿色光源，它的节能、环保、寿命长等特点，正是其不断受到世界各国推崇的重要原因：

(1) 寿命长：光通量衰减到70%的标准寿命是10万小时，一个LED灯在理想情况下可以使用50年。

(2) 色彩丰富：LED已经实现了多个波长的单基色，有红、琥珀黄、黄、绿、蓝等，基本满足了应用领域对LED色彩的要求，随着更多新材料的开发，还会实现更多的基色及至全彩色。

(3) 稳定可靠：没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件，非正常报废率很小。在LED的寿命期内，LED一般都能稳定地工作，维护工作量较小。

(4) 电气安全性高：LED一般工作在低电压（6-24 V）、小电流（10-20 mA）环境下，属弱电级工作器件，有较好的电气安全性能。

(5) 节能环保效率高：光谱几乎全部集中于可见光频率，效率可以达到50%以上，而光效相近的白炽灯可见光效率仅为10%-20%。而且LED灯不存在有害金属汞污染等问题，符合社会发展趋势。

(6) 应用灵活性好：LED可进行低压供电，也可用110 V/220 V电源供电，加上单粒LED的体积小（芯片更小，只用3-5 mm2），可以平面封装，易开发成轻薄短小的产品，做成点、线、面各种形式的具体应用产品。

(7) 受控制能力强：现有的技术已经可以实现LED的亮度、灰度、动态显示、分布控制等，是其它发光装置无可比拟的。

(8) 抗震性能优越：LED的坚固、耐震、耐冲击性能都超过了目前所有其它类型的电光源产品。

(9) 响应速度快：LED的响应速度在毫秒级，可以有效地应用于显示屏、汽车刹车灯、相机闪光灯等领域。

(10) 显色性能良好：白色LED目前的显色指数Ra达到了70以上，色温范围从3600 K到11000 K不等（随荧光粉不同而变），而且已经获得了实验室提高的方案。

此外，LED还具有亮度高、无干扰、方向性好等特点。

在繁华的大城市里，晚上也是很热闹的。为了吸引顾客，商店门口总是挂着闪闪的彩灯或者大大的显示板，整个城市灯火璀璨。这些灯，就是半导体照明技术的应用。而人们常说的半导体照明一般就是以led作为光源的照明。LED就是一种半导体固体发光器件，由于它有环保，寿命长，体积小，节能等特点而被称为第四代绿色光源。那么，半导体照明技术应用在哪些方面?

　　一.半导体照明技术

半导体，指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在收音机、收音机以及测温上有着广泛的应用。而半导体照明中又以LED最为突出。LED即发光二极管，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、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器。

二.半导体照明技术的应用

半导体照明技术涉及衬底技术、外延技术、芯片结构与制作技术、封装技术和应用技术5个技术分支以及与其相关的封装材料和荧光材料领域。目前，半导体材料在照明技术领域的应用主要是发光二极管(LED)照明技术。发光二极管(LED)是近年来迅速崛起的半导体发光器件。

三.LED光源优点

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。

寿命长

LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。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。

多变幻

LED光源可利用红、绿、篮三基色原理，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256×256×256=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。

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。

高新尖

与传统光源单调的发光效果相比，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。

　　四.现阶段LED缺点

1、暂时的温度升高不会产生光强衰减，较高的温度在较长时间内工作会使LED产生光衰

2、LED实际是个半导体PN结，其正向导通电压虽然都在一个范围内，但却因生产厂家、设备型号、进货批次的不同而相异，这种情况极易导致相当一部分LED不能工作在正常工作点上

3、单个LED功率低。为了获得大功率，需要多个并联使用，例如汽车尾灯。单个大功率LED价格很贵。现阶段LED价格较之于白炽灯价格要贵几倍、十几倍甚至几十倍4、显色指数低。在LED照射下显示的颜色没有白炽灯真实。

LED是低压微电子产品，也是数字信息化产品。曾经就看过某男生用LED灯表白的。那些LED根据编程设定来显示特定图案。而商场的显示板大多也是利用半导体照明技术。但是，2010年LED照明灯具的市场份额仅仅为0.4%。相信伴着科技的发展，这种技术的应用将会更广。

以上就是有关半导体照明技术应用的相关内容，希望能对大家有所帮助！

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半导体灯好在哪儿？

李健司长举了两个数字：同样亮度下，电能消耗仅为白炽灯的1／10，而寿命则是白炽灯的100倍。“100倍是个什么概念呢？以一天点6小时计算，一盏灯就可用50年，你一辈子也用不了两盏灯。”

“辉光灿烂欺明月，烟焰迷离夺彩霞”，这是电灯刚问世时人们的赞美，而半导体灯才真正是五光十色“夺彩霞”，它可以发出各种颜色。随着人们生活水平提高，对环保要求越来越高。荧光灯解决不了频闪问题，半导体灯却不存在这个问题，是真正意义上的“绿色照明”。

由于半导体灯具有节能、长寿命、免维护、易控制、环保等优点，所以业内人士普遍认为，如同半导体晶体管替代电子管一样，半导体灯替代传统灯也是大势所趋。

对于半导体灯来说，红光、黄光灯是低端产品，这种灯目前已实现批量生产，其中我国的生产成本最有竞争力，已用于道路照明、装饰等特种照明。低成本、高亮度、大功率的白光灯才是高端产品。美国最新开发出5瓦的白光灯，我国则可生产1.5瓦白光灯。但价格都太高，是白炽灯的十几倍。因此，日本、美国、欧盟等启动的半导体照明计划，主攻方向之一就是降低造价。他们提出的让半导体灯经济可行并大规模替代白炽灯的时间表，大致为2006年和2007年。

美国能源部计划，到2010年前后，用半导体灯代替55%的白炽灯和荧光灯，每年可节约350亿美元。据测算，7年后仅在美国，半导体照明就可形成一个500亿美元的大产业。

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