半导体发光材料的总结与进展

半导体发光材料——LED灯的应用

简介：半导体材料和器件是本世纪六十年代末开始发展起来的半导体技术中的一个分支，所用的材料主要是Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体。由于用此材料制成的发光器件可广泛地用于信息显示、光纤通信灯方面，因此在材料制备方法、性能检测以及器件工艺改进等领域的研究和开发工作的发展也甚为迅速。国内外均已发展成新兴产业，国内年产的发光二极管数量也已达十亿余只。

近期由国家半导体照明工程研发及产业联盟(CSA)、中国国际光电博览会共同主办的首届第三代半导体材料及应用发展国际研讨会于2013年9月5日在深圳成功召开，来自中科院半导体研究所、南京大学、北京大学、科锐公司、西安电子科技大学等研究机构以及企业的近百名人士参加了此次会议。与会人员各自谈了半导体的发展前景，这说明半导体材料照明对于人类的发展起的作用越来越来重要。半导体照明作为一项重要内容列入到七大战略新兴产业之一的节能环保产业之中，今年正是“国家半导体照明工程”启动十周年，也是产业发展关键时期的转折之年。总结过去展望未来，一路走来的十年半导体照明产业披荆斩棘，创造了诸多成绩同样遇到了一些问题;未来十年，我们将怎样面对?又会给其他新兴产业有哪些关键性借鉴?正如日前国际半导体照明联盟(ISA)主席、国家半导体照明工程研发及产业联盟(CSA)秘书长吴玲接受中国半导体照明网专访时所言，“今年是国家半导体照明工程启动的第十年，作为首个连续参与国家科技计划管理的行业组织机构，我们欣喜的看到LED的产业技术已经取得长足发展，产业未来发展的前景越来越明晰。但LED是一个新兴产业，如果说一个战略性新兴产业的培育期是二十年的话，LED产业现在才刚刚过半，产业进入相对成熟的阶段至少还需要十年以上的时间。而对于一个战略新兴产业来说，恰恰是这个转折时期，蕴藏的挑战最大”。

图一城市灿烂的led灯

LED在室内照明的应用及前景

1.应用的原则及方向。

室内照明不同于夜景照明，更强调照明的功能；相对道路照明说，则是一个更为广阔的空间，不同的使用场所，不同的功能，不同的大小场所，不同的装饰美观要求，决定了室内照明灯具品种繁多，配光类型各异，当前成百上千企业拥向路灯的局面，应该开阔视野，更换思维，走进室内这个更宽广的天地。进室内，先做什么，从哪些领域突破，建议考虑以下原则和方向。(1)首先应符合《建筑照明设计标准》的规定，包括照度、均匀度、眩光、显色指数要求和相宜的色温，以达到良好的视觉条件和LPD限值规定。(2)应选择场所，试点应用，逐步扩展，循序渐进，总结经验，不断改进，切忌不顾对象，不分析条件，大面积推广。应寻找更能发挥自身优势的场所作为切入点。(3)突出节能：当前首先目标是去取代低效的白炽灯，更能发挥优势；第二个目标是取代卤素灯；第三是力求逐步代替紧凑型荧光灯。

特别注意：并非LED都节能，应该是在达到相同照度水平、接近的照明质量条件下进行比较；从这点分析，目前不应以LED去代替高效的三基色直管荧光灯。(4)发挥LED彩色光的优势，在室内用于需要更高装饰要求，或作为景观、标志灯等用途。(5)发挥LED快速起动、方便调光的优势，优先用在要求声、光自控和需要调光或频繁开关灯等场所。(6)利用LED定向发光的特点，应用于需要定向照明的部位，如射灯、筒灯等。

2.适宜应用的场所

按上述原则，以下场所适宜应用或试用。

(1)住宅或类似场所的楼梯间、走道装设节能自熄开关的灯，几乎都用白炽灯，最适宜用LED代替，节能效果好，虽只是一个“小灯’’，但数量大，全国估计过亿支，其节能效益可观企业经济效益显著。(2)疏散照明灯、疏散标志灯，以及其他标志灯，还有部分备用照明灯(当正常照明采用HID灯时)，适宜用LED。(3)用LED代替PAR38(采用反射型白炽灯)这5类灯，是十分合适的；进一步研究代替MRl6、MR25(采用卤素灯)一类射灯；这些应要求LED 有更高显色指数(Ra)和具有暖色表(<3300K)。(4)应用于商场作重点照明的射灯，博展馆类建筑的射灯，以及公共建筑的筒、射灯等。(5)宾馆使用白炽灯和卤素灯较多，是应用LED 灯的适宜场所，可以应用来取代白炽灯、卤素灯的有：客房需调光的床头灯、床头顶上阅读灯、夜灯、衣柜灯、吧台灯、开门灯、进门过道灯，以及卫生间洗浴灯等。(6)局部照明灯，采用安全特低电压(SELv)的检修灯。(7)视觉条件要求不太高的一般建筑的辅助场所，如走道、卫生间，一般用途的库房，风机、水泵房等。

3.LED在室内的应用前景

图二室内绚烂的led灯

LED仍在不断发展之中．室内照明空间广阔，未来应用前景是光明的。但是要有更大前进和相应的研究、探索工作，为应用创造条件。(1)进步提高光效和显色性，研究多种更适应的色温。(2)把半导体学科和照明学科更有机结合，深入研究适合LED特点的灯具形式和灯具配光系统。(3)进一步降低成本。期望在5年～10年时间。LED在室内功能照明领域能更大范围推广应用。在关注LED发展、应用的同时，还应该注意到另一种固体光源——有机半导体发光二极管(OLED)也在悄然崛起，已丌始显示更多的优势，或许在未来若干年成为现有光源以及LED的强有力竞争者，需要找们更多的关注。

我国现阶段LED的应用市场主要在建筑照明、室内外显示屏，因此，下一波的主力可能还是目前这些市场。但在手机、小尺寸液晶背光、汽车的渗透力度会加大，另外一些零散市场如特种照明的开拓也会更大(特种照明对成本的要求没有通用照明那么苛刻)。经过前几年的替换，LED交通指示灯已经非常普遍，由于LED的使用寿命较长，短期内很难再出现大规模的替换工作，这就使得交通指示灯对于LED的需求将出现一段低潮期；国内轿车市场庞大，但要求较高，认证周期长，只要有过硬的产品质量，国内车用背光及车灯的LED市场需求非常大，而且这一市场的需求增长比较稳定；而LED显示屏以其易拼装、低功耗、高亮度等优

点已经广泛应用到银行、证券、广场、车站、体育场馆中，未来这一市场仍有很大增长潜力；在奥运会、世博会、一些城市夜景工程示范效应的带动以及国家半导体照明工程等众多有利因素的促进下，建筑照明市场依然前景广阔。专业研究机构Next Gen Research指出，201 1年我国LED产值已超过1 500亿元人民币，2010年全球新增的100多万盏LED路灯，将有一半来自中国。

图三新型led灯示意图

基于以下几点，我国LED产业在国内有良好的发展前景。(1)就技术而言，LED具有技术成长瓶颈高，学习门坎低等特性，国内在半导体领域长期积累的研究资源都可以用得上，具备较好的研究基础。尽管国内集成电路制造基础比较薄弱，工艺水平比较低，但大陆一些企业通过聘请海外技术人员加盟，在技术上不断取得突破，大陆好的企业技术水平已经与台湾地区大厂的技术水平相差不大，与国际大厂的整体差距也在不断拉近。(2)LED的投资额比较小，初始投资1亿就可建厂，国内企业进入门槛低，容易实现滚动发展，这与集成电路制造及液晶面板制造动辄几十亿到上百亿人民币的投资而言显得“微不足道”，国内企业容易进入形成产业集群，当然，也可能造成恶性竞争，发展到一定阶段需要市场整合(3)国内市场巨大，LED未来主要市场是通用照明市场，市场容量大，终端消费市场比较分散，不易形成垄断，国内企业生存空间广阔。(4)国内一些企业拥有核心知识产权，如晶能光电的硅衬底氮化镓蓝光项目，大连路美的芯片领域核心技术，都具有全球竞争力，这些企业在技术发展上容易形成示范效应，促进国内企业市场健康成长。(5)技术成熟后，LED下游封装和器件生产属于劳动密集型，国内具备劳动力成本优势。

小结

LED节能环保寿命长，随着LED技术水平的不断提升，高功率、高亮度、小尺寸LED灯的不断出现，LED灯具在各照明领域的应用必然会普及，LED灯具必定会深入到人们的日常室内照明、生活、交通之中。

参考文献:

1.关于《半导体照明中国梦》的简介

2.LED灯应用及展望，期刊，宋冬灵

3.半导体LED照明光源技术的进展及前景，期刊论文[2006.12],中国半导体网

4.刘鹏,LED将引领照明"时尚"[期刊论文]-科技致富向导2011(5)

5.国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定，2013.09.18，中国政府网

6.半导体的原理，百度百科