LED照明基础知识
![LED照明基础知识](https://img.360docs.net/img5a/1aj2q82uhmkbjxmpbr4mijww19xvqi6i-a1.webp)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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