LED灯及在住宅照明中的应用.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第页共NUMPAGES33页第PAGE\*MERGEFORMAT33页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT33页LED灯及在住宅照明中的应用LED灯（LightEmittingDiode）1962年，美国通用电气公司的Holonyak博士，用气相外延方法（VPE）制作成功化合物半导体材料磷砷化镓，开发出第一批发光二极管，即发明了LED光源。当时，发光二极管的发光效率低，仅为0.1lm/W-0.2lm/W，应用前景为显示器、指示器光源。但是在1963年2月，Holonyak就预言：“我们坚信LED会发展成实用的白色光源”。2010年，LED开始进入普通照明领域，我国半导体照明产业规模已达1200亿元，其中，上游外延心片产值为50亿元，中游封装产值为250亿元，下游应用产值为900亿元，主要产品为LED球泡、MR16、PAR灯等。国家发改委统计数据显示，我国LED照明芯片、封装和应用产值之比为1∶9∶22，从产业布局来看，LED产业发展不平衡。而美国GE、荷兰飞利浦、德国欧司朗等世界三大照明公司，纷纷与上游半导体公司合作组建半导体照明公司，积极创造竞争优势，并正在中国抢占专利制高点，对我国的半导体技术发展形成了合围之势。因此，如何有效整合国内上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个国家半导体照明工程产业化基地、以及长三角、珠三角、闽三角以及北方地区四大半导体照明产业聚集区域的优势资源，通过产业集群协同创新，共同应对跨国公司的竞争成为国家及地方政府和企业家的核心问题。2.4.1LED灯的发光原理与特点最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP，发红光（λp=650nm），在驱动电流为20mA时，光通量只有千分之几个lm，相应的发光效率约0.1lm/W。70年代中期，引入元素In和N，使LED产生绿光（λp=555nm）、黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1lm/W。到了20世纪80年代初，出现了GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光效达到10lm/W。20世纪90年代初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在红、橙区（λp=615nm）的光效达到100lm/W，而后者制成的LED在绿色区域（λp=530nm）的光效可以达到50lm/W。图2-9为一款LED灯。图2-9LED灯1.LED光源的发光原理50多年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个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。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。白色LED灯几乎不含红外线与紫外成分，显色指数可达85，光输出随输入电压的变化基本上呈线性，因此调光方法简单，效果可靠。1996年9月发白光的LED由日本日亚工业株式会社成功推出。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。现在，对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500K-10000K的各色白光。到2001年，美国的holygrail光效已达40lm/W-50lm/W。目前实现LED照明有三种技术路线：利用红、绿、蓝三基色LED合成白光；利用紫外L