半導體照明

半導體照明

照明器具
半導體照明(Semiconductor Lighting),即發光二極管(Light-emitting diode, 簡稱LED),是一種半導體固體發光器件,是利用固體半導體芯片作為發光材料,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。半導體照明産品就是利用LED作為光源制造出來的照明器具。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、熒光燈之後的又一場照明光源的革命。
    中文名:半導體照明 外文名:Semiconductor Lighting 别名:發光二極管 LED照明術語:光通量

簡介

半導體照明即LED(Lighting Emitting Diode),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(LightEmitting Diode,簡寫為LED)是一種可将電能轉變為光能的半導體發光器件,屬于固态光源。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,隻能作指示燈和儀表顯示器使用。随着管芯材料、結構和封裝技術的不斷進步,LED顔色品種增多,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在照明領域的應用成為可能。自愛迪生發明白熾燈以來的100多年中,電光源照明經曆了三個重要發展階段,這三個階段中的代表性光源分别為白熾燈、螢光燈和高強度氣體放電燈。現在人們普遍認為 LED将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,可以廣泛應用于各種指示、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發光産品的應用正吸引着世人的目光,LED作為一種新型的綠色光源産品,必然是未來發展的趨勢,二十一世紀将進入以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,燈體内也沒有松動的部分,不存在燈絲發光易燒、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顔色具有256級灰度并任意混合,即可産生256×256×256=16777216種顔色,形成不同光色的組合變化多端,實現豐富多彩的動态變化效果及各種圖像。

利環保:環保效益更佳,光譜中沒有紫外線和紅外線,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,屬于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光源是低壓微電子産品,成功融合了計算機技術、網絡通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等,所以亦是數字信息化産品,是半導體光電器件“高新尖”技術,具有在線編程,無限升級,靈活多變的特點。

缺陷

1、會因溫度升高而産生光強衰減。 

2、LED實際是個半導體PN結,其正向導通電壓雖然都在一個範圍内,但卻因生産廠家、設備型号、進貨批次的不同而相異,這種情況極易導緻相當一部分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,需要多個并聯使用,例如汽車尾燈。單個大功率LED價格很貴。現階段LED價格較之于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照射下顯示的顔色沒有白熾燈真實。

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内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标。單位:每瓦流明(Lm/w)。

顯色性:光源對物體呈現的程度,也就是顔色的逼真程度。通常叫做"顯色指數"單位:Ra。

色溫:光源發射光的顔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:視野内有亮度極高的物體或強烈的亮度對比,所造成的視覺不舒适稱為眩光,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燈在不規定時間内能正常按程序設定的方式運行,一般指内控方式的LED燈,同步性是LED燈實現協調變化的基本要求。

防護等級:IP防護等級是将燈具依其防塵、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。

産業化

發展計劃

世界上一些經濟發達國家圍繞LED的研制展開了激烈的技術競賽。美國從2000年起投資5億美元實施“國家半導體照明計劃”,歐盟也在2000年7月宣布啟動類似的“彩虹計劃”。中國科技部在“863”計劃的支持下,2003年6月份首次提出發展半導體照明計劃。國家将進一步加強引導、規範和扶持,促進半導體照明産業做大做強。将加快制定出台“十二五”半導體照明節能産業專項規劃。

産業分布

從全球來看,半導體照明産業已形成以美國、亞洲、歐洲三大區域為主導的三足鼎立的産業分布與競争格局。随着市場的快速發展,美國、日本、歐洲各主要廠商紛紛擴産,加快搶占市場份額。根據目前全球LED産業發展情況,預測LED照明将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将逐步淘汰白熾燈,發展LED照明成為全球産業的焦點。

中國發展

中國LED産業起步于20世紀70年代。經過30多年的發展,中國LED産業已初步形成了包括LED外延片的生産、LED芯片的制備、LED芯片的封裝以及LED産品應用在内的較為完整的産業鍊。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産業化基地。長三角、珠三角、閩三角以及北方地區則成為中國LED産業發展的聚集地。

2007年中國LED應用産品産值已超過300億元,已成為LED全彩顯示屏、太陽能LED、景觀照明等應用産品世界最大的生産和出口國,新興的半導體照明産業正在形成。國内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路燈企業并建設了幾十條示範道路,但國内在大尺寸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産業的發展。當前中國半導體産業産業大而不強,核心競争力仍有待于進一步提升。對國内企業而言,壯大規模、提高産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。

從産業發展前景和趨勢來看,由于環保節能減碳受到重視,使得半導體照明的應用日益廣泛,也使得國内外大批廠商競相投入這一新興産業領域。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睐有加,在國内市場掀起投資熱潮,計2010年中國整個LED産業的産值超過1500億元。

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