半导体LED照明介绍

• 若要产生可见光（波长在380nm紫光～ 780nm红光），半导体材料的Eg应该在 1.59～3.26 eV之间。 • 在此能量范围之内，带隙为直接带的ⅢⅣ族或Ⅲ-Ⅴ族半导体材料只有GaN、 GaP等少数材料，也可以利用Ⅲ-Ⅳ族或 Ⅲ-Ⅴ族二元化合物组成新的三元或四元 Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族固溶体，通过改变固 溶体的组分来改变禁带宽度与带隙类型 。
厦门市LED产业简介
2009年厦门市光电产业实现产值404.39亿 元，首次突破400亿元，销售收入398.72 亿元。2009年，产值及销售同时超亿的厦 门市光电企业有29家。2009年厦门市节能 灯照明出口占有量继续保持全球市场20% 以上，为全球高端节能照明的制造和出口 基地。
LED基础知识
1962 1965 1968 1970-1980 1980-1985
发展进程
GaAsP红光LED（样品） GaAsP红光LED GaAsP红、橙、 黄光LED GaAsP高效红、黄光、 GaP绿、 红光 AlGaAs橙黄、 绿、红光LED
发光效率
（lm/w）
< 0.1 0.1 0.2 1 5
应用领域
虽然ledled灯灯成本较高但在要求同样照明功率和照明时成本较高但在要求同样照明功率和照明时间的条件下光伏电池组件和贮能蓄电池的间的条件下光伏电池组件和贮能蓄电池的容量可减小容量可减小6060同时半导体照明灯由直流同时半导体照明灯由直流电压供电可省去逆变器提高了供电效率电压供电可省去逆变器提高了供电效率和供电系统的可靠性大幅度降低了系统成和供电系统的可靠性大幅度降低了系统成本
光源使用寿命长
LED灯的理论寿命可达10万小时，实际使 用寿命超过5万小时，按每天点亮10小时，LED 灯可用5000天，因此LED灯可用10年以上。灯 内控制电路采用高质量设计，可工作10年以上。 白炽灯的平均寿命只有1000小时，其他光源的 平均寿命也只有3000-8000小时，远远低于LED 灯的寿命。由于LED灯的寿命很长，不需要经 常更换，因此可大大节省维护费用。
厦门市LED产业简介
厦门为中国七大LED产业基地之 一，首批4个半导体照明工程产业化 基地之一（大连、上海、南昌和厦 门 ），已经成为中国大陆地区光电产 业快速发展的重要城市 。

厦门市LED产业简介
厦门生产LED外延片、芯片的企业有四家， 即厦门三安光电、联厦光电、明达光电、乾 照光电，芯片总产量约占祖国大陆自产芯片 的25%。封装企业有十几家，下游应用企业 有50多家，还有与之配套的荧光粉、环氧树 脂、塑料镜头、蓝宝石外延材料、各种辅助 材料和模具等生产厂，形成了较完整的产业 链。
10
15 10 >30 >50 >100
室外显示屏、交通信号 灯、汽车
全彩应用 普通照明
2000 2005 2007-2009
医疗设备、全彩大屏幕 显示屏、小尺寸LCD背光 源、手机背光照明、景 观装饰照明、闪光灯、 应急灯、警示灯、标志 灯
热光
：又叫热辐射，是指物质在高 白炽灯：当钨丝在真 温下发出的光。 空或是惰性气体中加
LED中游产业，LED下游产业，测试仪器和生产设备。
1、原材料
LED的原材料包括衬底材料砷化镓、氮化铝、 磷化镓、磷砷化镓、铟镓铝磷、铟镓氮等。它 们大部分是III—V族化合物半导体单晶，生产工 艺比较成熟。原材料的纯度一般都要在6N以上。
2、LED上游产业
主要是指LED发光材料外延制造和芯片制造。 由于外延工艺的高度发展，器件的主要结构如 发光层、限制层、缓冲层、反射层等均已在外 延工序中完成，芯片制造主要是做正、负电极 和完成分割检测。 3、LED中游产业 是指LED器件封装产业。根据用于现实、照明 、通信等不同场合，封装出不同颜色、不同形状 的品种繁多的LED发光器件。
LED构造图
半导体照明灯的主要优点
国家经贸委等13个部门组织实施 的旨在节约电能，保护环境，改善照 明质量的国家绿色照明工程中，大功 率LED已明确作为推广使用的产品。公 司现在已经成功研制出500W、200W、 100W等大功率LED节能照明灯，填补了 国内国外在该项目上的空白。LED灯主 要优点如下：
指示灯
指示灯、计算器、数字 手表 室外信号显示、条形码 系统、光电传导系统
1986-1992
1993-1994 1997
InGaAlP红、绿、橙红、橙黄、 橙、黄色LED
InGaN绿、蓝光LED，GaN蓝光 LED 白光LED（蓝光芯片+YAG荧光 粉） InGaAlPGaAs、 InGaNSiC彩色 LED InGaAlPGaAs、 InGaNSiC彩色 LED 功率级白光LED
• LED是“light emitting diode”的英文 缩写。 • 中文名:发光二极管。 • LED是一种将电能转换为光能的固体 电致发光(EL) 半导体器件。 • LED实质性核心结构是由元素谱中的 Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族化合物材料构成的 p-n结。
发展阶段 指 示 应 用 信号 显示
年份
显色性能好 不会产生色偏
显色性表示光对颜色的还原程度。在显色 性较低的灯光下（一般日光灯显色指数为60 －70）看东西，眼睛对颜色的分辨能力低， 容易造成视觉疲劳。绿色照明灯要求显色指 数应大于或等于85。LED灯显色指数完全可以 满足绿色照明灯的要求。
LED产业链
LED产业链大致可分为五部分：原材料，LED上游产业，
1
半导体照明
半导体照明是指用全固态发光器件（发光 二极管，即LED）作为光源的照明，具有 高效、节能、环保、寿命长、易维护等显 著特点，是近年来全球最具发展前景的高 新技术领域之一，是人类照明史上继白炽 灯、荧光灯之后的又一场照明光源的革命。
LED (Light Emitting Diode)
LED，是一种固态的半导体器件 ,它可以直接把电转化为光。LED的心 脏是一个半导体的晶片，由两部分组 成，一部分是P型半导体，空穴占主 导地位，另一端是N型半导体，主要 是电子。这两种半导体相连就形成一 个“P-N结”。当电流通过导线作用 于这个晶片的时候，电子就会被推向 P区，在P区里电子跟空穴复合，然后 就会以光子的形式发出能量，这就是 LED发光的原理。
电致发光：LED
电致发光原理：电场的作用 激发电子由低能态跃迁到高 能态，当这些电子从高能态 回到低能态的时候，根据能 量守恒原理，多余的能量将 以光的形式释放出来。
目前发光二极管用的都是直接带隙材料
GaAs
Si
直接带隙材料中，电子与空穴复合时，其发光跃迁 （Radiative Transition）有以下可能性：
4、LED下游产业
是指应用LED作为显示或照明器件后形成的 产业。主要的应用产业有LED显示屏、LED交 通信号灯、LED航标灯、 LED景观灯饰、液 晶背光源、LED车灯、LED特殊照明等。
鸟巢景观照明
位于湖滨北路的中闽大厦
太阳能LED照明系统
为解决偏远地区的照明问题，可采用太阳 能光伏电源供电。在这种供电系统中采用 LED作光源，可节省大量的电能。虽然LED灯 成本较高，但在要求同样照明功率和照明时 间的条件下，光伏电池组件和贮能蓄电池的 容量可减小60%，同时半导体照明灯由直流 电压供电，可省去逆变器，提高了供电效率 和供电系统的可靠性，大幅度降低了系统成 本。该产品还可用于高速公路遂道照明、太 阳能路灯、太阳能庭院灯等。
物体的 发光方式
冷光
热至很高的温度，就 会发出白光。
生物发光：萤火虫
化学发光：荧光粉
：某种能源在较低温度时所发 阴极射线发光：荧光灯、 出的光。发冷光时，某个原 子的一个电子受外力作用从 金卤灯 基态激发到较高的能态。由 于这种状态是不稳定的，该 场致发光：无极灯 电子通常以光的形式将能量 释放出来，回到基态。
• 光的颜色与芯片的材料有关系。
• 材料不一样，电子和空穴复合的能量不 一样，发出的光也不一样。 • 红、黄光芯片的主要材料：AlGaInP、 GaAlAs • 蓝、绿光芯片的主要材料：GaN、 InGaN
窗口层 P-限制层 活性层 N-限制层
布拉格反 射层 衬底
光通量稳定、不波动、 无频闪效应危害
电光源发出的光通量不稳定，产生光 波动称为频闪。频闪超过一定范围后，在 灯光下将产生视觉疲劳，长期视觉疲劳会 损伤人的视觉系统。LED照明灯采用恒定 直流电流驱动，不会产生任何频闪，对人 体没有任何危害。日光灯、白炽灯、高压 汞灯、钠灯等光源均采用交流电源供电， 光通量的波动深度在55-65%，波动频率为 100周，频闪效应的危害性极大。
导 带 价 带
（１）带间复 合
导 带
Ｅｇ
Ｅｃ
价 带
（２）自由激子相互抵 消 （３）在能带势能波 动区，局部束缚激 子的复合
Ｅｖ
图（１）和（２）是一般ＡｌＧａＩｎＰ红光ＬＥＤ产生光的原理， 而图（３）是ＡｌＧａＩｎＮ蓝光ＬＥＤ产生光的原理．
光 子 E
• 光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁 带宽度Ｅg有关，即 λ≈1240/Eg（mm） • 电子由导带向价带跃迁时以光的形式释放能 量，大小为禁带宽度Eg。 • Eg越大，所发出的光子波长就越短，颜色就 会蓝移。反之， Eg越小，所发出的光子波长 就越长，颜色就会红移。
光效高 节电显著
电光源每W电功率产生的光通量称为光效，单 位为Lm/w。普通白炽灯的光效为15Lm/w，LED的光 效可达到200Lm/w。与同亮度白炽灯相比，LED照 明灯可节省80-90%电能。应当特别指出的是：由 于LED灯特别省电，因此有可能实现太阳能电池供 电。LED路灯所需太阳能电池和蓄电池的容量较小， 可以大大减小初期投资。 据估算，全国若有三分之一的照明灯具使用 LED灯，每年节约的电费可重建一个三峡工程。