LED照明基础知识

第一部分ＬＥＤ介绍

１．发展史简介

1965年，全球第一款商用化LED诞生（发光材料GaAsP），最初只能发出红光；1968年，因为半导体工艺进步，发光效率提高，而且出现了橙光、黄光的LED；1971年，绿光LED出现；到1994年蓝光LED出现（GaN材料）；其中，LED的发光效率一直在提高；

这段时间（60年代-90年代中期），由于能发出有色光的特点，LED都被用作信号指示用，而没有用于照明领域；90年代后期，日本研制出通过蓝光激发Y AG荧光粉产生白光的LED，这具有划时代的意义，从此LED就可用来当作光源使用，即用来作照明，LED照明也称为半导体照明。直到如今，特别是近2，3年，白光LED发展十分迅速，普及可量产的白光LED，其发光效率早就超过传统的白炽灯，目前部分厂商已经可以量产光效超过节能灯、荧光灯的LED产品。

２．原理简介

LED（Light Emitting Diode）就是发光二极管，是包含一个PN结组成的电子元件。核心部件就是包含这个PN结的芯片（chip）。芯片决定了这个LED的光电性能。当有足够的电压加到PN结两端时（P型材料接正极，N型材料接负极），P型半导体材料中的“空穴”和N型半导体材料中的电子就复合，复合以后就释放能量，以光和热两种形式发出。（图1）

图1 LED的PN结发光示意

一个用于照明的LED不仅要具有完整的PN结半导体材料芯片，还需要一些额外的封装结构使

它能正常工作，比如芯片的固定，导线的连接，用于引出光线的透镜等。（图 2 ，是一种具有代表性的白光LED 实物和结构分析）

图2 Lumileds, K2大功率LED 实物（左）和结构（右） ３．性能特点

以下是目前，LED 与现在商用普及的白炽灯、节能灯等光源性能在一些常用参数上的比较， 发光效率

（lm/w ）

显色指数(CRI)

使用寿命 （h ）

其他

白炽灯 5-20 80-100 500-3000 耐高温

荧光灯 60-100 60-85 5000-12000 -

LED 40-110 60-90

10000-50000

体积小，无紫外红外线

还有很多特点没有一一列出，由图大致可见，LED 之所以在近几年发展迅速，大受关注，在于LED 在作为一个光源时各方面指标都不错。鉴于发展的阶段，或者是LED 发光材料本身的限制，

对 比

项

目

光 源

类 型

虽然可能在某一个特别项目上略微比不过传统光源，但综合性能好。尤其是它的高光效和长寿命，更是在能源问题倍受关注的今天崭露头角。

４．发展空间

通过与传统常用光源比较，不难看出LED所具有的优势。在一定程度上，LED已经可以替代普通照明用的白炽灯，毕竟发光效率和寿命都大大超过后者；但严格地说，LED发展到今天，还没能完全取代传统的光源比如白炽灯、荧光灯而广泛使用，有几个原因：

①一次性投资太大；

②光源、灯具制造标准没有统一；

③测试、评价手段没有统一；

④散热和光学结构还未完全成熟；

由于是新兴起来发展不久的光源，必然伴随许多新技术和材料；而且产量没有扩大。这样一来，LED的成本就比较高。当技术有突破，产量明显提升的时候，LED光源的成本必然下降；

同样地，新兴的产品还没有与之配套完备的制造、检测、评价标准，这也是囿于LED发展阶段的瓶颈，目前国内外都在积极编制标准，许多草案已经出台，未来几年内LED的相关标准就将完备；

技术原因，LED发展太快，相应的散热，光学处理也在跟进，而没有完全适应。随着LED技术进步，散热和光学处理即将解决并定型。

根据美国半导体照明LED发展蓝图（OIDA 2002）（光电发展委员会）

2012年，LED光效达到150lm/w；

2020年，LED光效达到200lm/w；

日本“21世纪照明”发展计划中，

2010年LED光效达到120lm/w

国内，2010年100lm/w，2020年200lm/w

第二部分 行业概况

整个LED 行业分为三大块：

１．上游：LED 芯（晶）片

芯片是LED 产品中最核心技术部分，也是技术含量最高部分，因此进入上游产业的门槛最高。生长芯片外延方法有气相外延(VPE ）、液相外延（LPE ）、金属有机化学气相淀积（MOCVD ）、分子束外延（MBE ）。它们生长LED 有源层的材料分别有气相外延CaAsp 、GaP ，液相外延GaP ，GaAlAs ，金属有机物化学气相淀积InGaAlP 、InCaN ，分子束外延ZnSe 等。金属有机化学气相淀积法（MOCVD ）是目前生产超高亮度InCaN 蓝、绿色LED 和InCaAIP 红、黄色LED 的主要方法。

芯片技术被日本、美国等厂商所掌握，其中在专利及技术最强的是Nichia 。随着近几年的发展，中国台湾芯片厂家也占市场很大分额。相对国外的技术专利，中国的专利太少。特别是高亮度方面，其技术集中在国外。芯片专利主要集中在材料及工艺上，由于生长外延的工艺很复杂，很多厂家之间的专利很多相似，其专利纠纷也平凡，所以最终专利的互相授权。

外国知名芯片厂有日本的Nichia 、TyodaGosei 及美国的Gree 和欧洲的OSRAMOptoSemicondutors 。

中国芯片发展也很快，主要集中在台湾为主，有元砷、国联、洲磊、连勇、华上、晶元、全新、南亚、友嘉等知名大厂，大陆大小芯片厂有30多家，其中以厦门三安、大连路美、深圳方大、上海蓝光、江西联创等为主要生产厂家

２．中游：封装

LED 封装的主要原材料有芯片、金（铝）丝、胶（环氧树脂、硅胶等）、支架、荧光粉（白光封装才用）等材料。其封装技术在材料的选择与搭配、封装工艺技术、生产控制、质量控制、点粉

上游：

LED 芯片制造

中游

LED 光源封装

下游

LED 照明产品