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。

照明灯具的发光原理各有不同。例如白炽灯是利用钨丝电阻的热效应发光的，日光灯是利用汞蒸气通电发出紫外线激发荧光粉发光的，LED则是利用砷化镓半导体在通电时发光的效应做成的，led就是半导体发光二级管的意思。具有光效高寿命长的特点，是很有前途的新一代光源。

光效（lm/w)：光源发出的光通量除以光源所消耗的功率。它是衡量光源节能的重要指标。

LED又称二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件。那么LED灯具有那么优势呢？主要表现在以下四个方面一、高效节能

低压驱动,超低功耗（单管0.05W）.发光功率转换接近98%发上,LED灯具比传统节能照明灯具节能60%-80%以上,并且安装灵活方便,耐用可靠。

二、绿色环保

光线无紫外线无红外线,无辐射,光照效果柔和,无频闪,可频启,属于真正的绿色环保照明光源,LED照明不发热.不含汞和氙等有害元素,利于回收和二次利用。

三、超长寿命

耐震性能强,防尘性能强,低能耗,所需电压电流小,低热量,发光热量少,不产生安全隐患,安全系数高,LED照明属于固体发光源,环氧树脂封装,发光体部分不易松动.不存在灯丝易烧,热沉积,高光衰等缺点,使用寿命可达3万到5万小时,是普通灯泡的30倍,相当于不间断照明三年时间。

四、应用范围

家居照明,天花筒灯,办公照明,小区照明,商场超市,档口商铺,酒楼酒店,酒吧,咖啡厅,西餐厅,娱乐场所,家庭小夜灯,节日气氛用灯.太阳能照明应用,城市亮化美化工程等应用广泛。

光通量(lm)：光源每秒钟发出可见光量之总和。例如一个100瓦（w）的灯泡可产生1500lm，一支40瓦（w）的日光灯可产生3500lm的光通量。◇发光强度(cd）：光源在单位立体角内发出的光通量，也就是光源所发出的光通量在空间选定方向上分布的密度。光强的单位是坎特拉（cd），也称烛光。如：1单位立体角度内发出1流明的光称为1坎特拉(1cd）。◇亮度：发光二极管是一种发光器件，亮度系指单位面积之照度，单位为：烛光

/

平方米，发光二极管标准之驱动电流为

20mA

。

色温（k）：以绝对温度（k=℃+273.15）K来表示，即将一黑体加热，温度升到一定程度时，颜色逐渐由深红-浅红-橙红-黄-黄白-白-蓝白-蓝变化。当某光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源的色温。如：当黑体加热呈现深红时温度约为550℃，即色温为823K。

显色性（ra）：光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性。也就是颜色的逼真程度。国际照明委员会CIE把太阳的显色指数定为100。各类光源的显色指数各不相同。如：白炽灯ra≥90，荧光灯ra=60∽90。

可视角度:角度分X轴（左、右）Y

轴（上、下）当中心轴为

1

之亮度，左右或上下轴亮度达

1/2

时之夹角为可视角度；例

70

°可视角度系指从中心点向上下或左右各

35

°。

波长:二极发光管所发出光的波长，一般红色波长在

620-660nm

，纯绿

520-530nm

，蓝色

470-480nm

，黄色580-890nm

，黄绿

550-570nm

，请参考色度图，不同波长发出光之颜色不同；两种颜色之混光亦不同。

四元系:指以

ALInGaP

四个化学元素所制作成的发光二极管，可以发出黄绿

/

黄色

/

橙色

/

红色（波长

550-630nm

）之间的光，具有亮度高、衰减度低的特性，为目前户外发光二极管之主流产品。

纯绿/黄绿:传统绿色

LED

是以黄绿为主，波长从

550-570nm

，价格低，亮度也低，衰减快，

1994

年日本亚制造公司制造出了纯绿（波长

520-530nm）价格高，亮度高，衰减慢，广泛在户外显示屏上使用，此两种产品有着极大的差异，设计时必须区分清楚。

单色/双基色/全彩屏:三原色为红色

/

绿色

/

蓝色；若一颗象素管中含有此三种发光二极管则称为全彩显示屏；若只有红

+

绿称为双基色屏，若只有一种颜色如红色或黄色则称为单色显示屏，单色显示屏以播放纯文字内容为主，双基色则以文字

+

图案

+

动画为主，全彩屏则以播发视频信号为主。

使用寿命:系指发光二极管亮度达到初始值一半的时间，又成为半衰期，不同的芯片使用在不同的环境中会有不同的使用寿命。

亮度衰减曲线:

各种芯片在一定条件下（温度、电流）亮度与时间的曲线；此曲线可以真正了解到芯片的特性好坏。

芯片/单灯/象素管:二极发光管为半导体材料，其发光元件称芯片，用芯片封装成可以点亮的最小单元称单灯；许多小灯组装灌胶封装成一个大颗的管子加上外罩成为象素管。

点直径:指象素管之直径。

点间距:指两相邻象素管中心间之距离，标准可分辨之灯点间距

=

灯点直径×

1.25

。

可视距离:指在此距离可以清楚看出显示屏体所显示之内容，此距离与显示文字的字高有关，

简易速算公式：－－－最近可视距离：50×

字高高度（米）－－－最远可视距离：200

字高高度（米）

亮度自动调整:发光二极管随着环境亮度的强弱，而对自身的亮度亦作强弱之调整，一般以降低电流的方法来达到降低亮度的目的。

点密度:指每平方米有多少个象素管。

*** 作温度:显示屏可以正常使用的最低温度及最高温度。

V代表电压。F代表正向。I代表电流。R代表反向。WL代表波长。故：VF代表正向电压，一般小功率led红、黄、橙、黄绿的vf是1.8-2.4v，纯绿、蓝、白的vf是3.0-3.6v。IF是正向电流，一般小功率led的IF都是20mA。IR是反向电流，那要看客户要求了，一般是在5v的反向电压下面测量，分小于10uA（微安），小于5uA和0uA几个档次。WL是光的波长，可见光分别有各自的波长，不同的波长对应不同的颜色，如红光一般是615-650nm（纳米），蓝光一般是450-475nm。白光由于是蓝色芯片＋荧光粉调制而成，所以无波长，以色温来衡量（3000k以下偏黄。3000k－7000k正白，7000k以上偏蓝）。

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