LED照明技术及其应用和发展前景

LED照明技术及其应用和发展前景

摘要：众所周知，绿色生活、绿色思维、绿色行动已经成为照明产业的发展趋势，节能LED将不可避免的取代传统的照明工具，成为照明领域的一颗新星。 关键词：LED技术、应用状况、调查 一、LED技术的照明原理和LED的特点

LED（LightingEmittingDiode）照明即是发光二极管照明，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿色的光，在此基础上，利用三基色原理，添加荧光粉，可以发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色等任意颜色的光。LED灯具就是利用LED作为光源制造出来的照明器具

照明原理：LED是一种借外加电压激发电子而发光的光电半导体组件，其基本结构是将一块电致发光器件置于一个有引线托架上，四周用环氧树脂密封并保护内部芯线。由于不同材料禁带宽度不同，LED可发出不同波长的光；另外，因LED材料组分和掺杂不同、能带结构呈现复杂性，相应地产生了间接跃迁辐射等。从物理机理来讲，LED种类相对比较繁多，其应用领域也较为广泛。LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。发光二极管是由半导体制成，具有正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合而发光。

LED的特点：LED使用低压电源，供电电源在6-24V之间，消耗的能量较同光源的白炽灯减少80％。LED光源非常稳定，寿命超长，使用10万小时，光衰为初始的50％，它的响应时间短：纳米级，而白炽灯是毫秒级。Led灯改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿蓝橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色。在环保方面，它无有害金属汞，无闪烁，无紫外线，热辐射低，环保无害。但，就目前来说，LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300~500只二极管构成。 二、LED的适用范围和主要应用领域

1、LED的适用范围：LED照明灯具里，底灯，吊灯，投射灯等装饰用，反射用途的LED

照明灯具可以完全胜任于任何场合，包括美术馆，博物馆等对颜色度要求较高的场所。但是对于商场，写字楼等 大规模设施来说，作为大范围照明的LED灯具虽然已经诞生，但是其指向性（LED芯片发出的光是直线，发散性不好）太高，造成大面积内设计平均的照度很困难。灯管型LED照明灯具排列过密，设计成本过高，失去节能效果。因此，现阶段装饰用途场合，LED照明灯具完全可用，大面积室内照明还不成熟。 2、LED的主要应用领域

1）、显示屏、交通讯号显示光源的应用

LED灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点,广泛应用于各种室内、户外显示屏,分为全色、三色和单色显示屏,全国共有100多个单位在开发生产。

如今采用LED作为航标灯、道路交通信号灯、飞机场跑道用的信号灯（ 如LED投光灯和LED全向灯）以及铁路用的交通信号灯均已批量生产。使用高亮度LED道路交通信号灯既节能，又有很高的显示对比度，在阳光照射下可仍清楚辨识。依据资料显示，目前全球约有2000万交通信号灯，而每一套由红、黄、绿灯组成的 交通信号灯约需600颗高亮度LED，以 每年新设和更新 200万套计，未来每年全球交通信号灯约有10亿美元的市场。

早在20世纪80年代中期，就出现单色和多色大屏幕显示 。90年代中期以来， LED大屏幕显示从单色、多色扩展到全彩色，从室内扩展到室外，从一般亮度发展到高亮度，应用面大大增加， 发展很快。全彩色高亮度LED大屏幕显示屏产品已广泛应用于金融、证券、交通、机场、铁路、体育场、商业广告、邮电等各个领域。年产值超过20亿元，出口占五分之一以上。 2）、汽车工业上的应用

汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短,需要经常更换。而LED在耐震动、省电及长寿命方面比白炽灯有明显的优势，用作刹车灯，它的响应时间为60ns，比白炽灯的140ms要短许多，在高速公路上行驶，会增加4-6m的安全距离。中国现有汽车1250万辆，2002轿车产量100万辆。国内的桑塔纳汽车已将LED高位刹车灯作为汽车必装件，效果颇好。1987年,我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快,可以及早提醒司机刹车,减少汽车追尾事故。在发达国家，使用LED制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件。美国HP公司在1996年推出的LED汽车尾灯模块可以随意组合成各种汽车尾灯。

此外,在汽车仪表板及其它各种照明部分的光源, 都可用超高亮度发光灯来担当,所以均

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在逐步采用LED显示。 3）、小尺寸背光源应用

LED可作为液晶显示背光照明，它不仅可作为绿色、红色、蓝色、白色，还可作为变色背光源。适合用于移动电话、笔记本电脑和掌上电子产品。

LED背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目，LED作为LCD背光源应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点，已广泛应用于电子手表、手机、BP机、电子计算器和刷卡机上。随着便携电子产品日趋小型化，LED背光源更具优势,因此背光源制作技术将向更薄型，低功耗和均匀一致方面发展。LED是手机关键器件,一部普通手机或小灵通约需使用10只LED器件,而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约20只LED器件。

4）、照明光源的应用

作为照明光源的LED多数采用白光，由于LED光源无红外辐射，便于隐蔽，再加上它还具有耐振动、适合于蓄电池供电、结构牢固可靠又携带方便等特点，与白炽灯和日光灯相比，有诸多优势。目前已有多种军用白光LED照明灯具投入批量生产，作为民用的草坪灯、埋地灯也已大规模生产。

LED照明光源早期的产品发光效率低,光强一般只能达到几个到几十个mcd，适用在室内场合,在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是LED光源替代白炽灯和荧光灯,这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。日本为节约能源,正在计划替代白炽灯的发光二极管项目(称为\照亮日本\头五年的预算为50亿日元,如果LED替代半数的白炽灯和荧光灯,每年可节约相当于60亿升原油的能源,相当于五个1.35×106kW核电站的发电量,并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生,改善人们生活居住的环境。我国也于2004年投资50亿大力发展节能环保的半导体照明计划。 5）、其他应用

其它应用例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋,走路时内置的LED会闪烁发光,仅温州地区一年要用5亿只发光二极管;利用发光二极管作为电动牙刷的电量指示灯,据国内正在投产的制造商介绍,该公司已有少量保健牙刷上市,预计批量生产时每年需要3亿只发光灯。正在流行的LED圣诞灯，由于造型新颖，色彩丰富，不易碎破以及低压使用的安全性，近期在香港等东南亚地区销势强劲，受到人们普遍的欢迎，正在威胁和替代现有电泡的圣诞市场。 三、LED的发展历史及现状

应用半导体P·N结发光源原理制成LED问世于20世纪60年代初，1964年首先出现

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红色发光二极管，之后出现黄色LED。直到1994年蓝色、绿色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司（日亚）成功开发出白色LED。

白光LED历经十几年的发展，目前正朝高亮度LED光源开发中，LED欲全面取代现阶段照明光源的门槛，必须达到发光效率100Lm/W、成本降至美金＄10/kLm及能够成熟量产。从国际上看，美国、日本、欧盟、韩国以及中国等国家和地区等相继推出国家半导体照明计划，加大了其研发力度。

美国能源部设立半导体照明国家研究项目，设立了由13个国家重点实验室、公司和大学参加的“半导体照明国家研究项目”，计划用10年时间，耗资5亿美元开发半导体照明，他们的技术目标是到2025年固态照明光源的使用将使照明用电减少一半。从2000年到2020年，累计的功效和节约潜力就可达到:减少2.58亿吨碳污染物的排出；少建133座新电站，每座1000MW；累计节约财政开支1150亿美元；形成一个新的每年产值超过500亿美元的光源产业，还会带来高质量的百万计的工作机会。

2003年，我国提出了实施“国家半导体照明工程”计划，后来又紧急启动了“国家半导体照明工程产业化技术开发”重大项目，目的是打造一批半导体照明特色产业基地，形成我国的半导体照明产业。在这一背景下，全国十几个省市迅速掀起了建立国家半导体照明工程产业化基地的高潮。2004年，经国家科技部批准，在南昌建立了国家半导体照明工程产业化基地，与上海、大连、一起成为我国首批建设的国家半导体照明工程产业化基地。

中国半导体照明产业发展向好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。2007年中国LED应用产品产值已超过300亿元，已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观亮化等应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。国内在照明领域已经形成一定特色，其中户外照明发展最快，已有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路，但在室内通用照明市场方面仍显落后。但当前中国半导体产业产业大而不强，核心竞争力仍有待于进一步提升。对国内企业而言，壮大规模、提高产品质量与技术水平是首要任务，提高未来取得大厂专利授权时的要价能力，或逐步通过研发突破核心专利。 四、LED照明灯具市场前景

随着全球对发展低碳经济取得共识，LED照明产业凭借其在节能降耗领域的性能优势将迎来宝贵的快速发展机遇。在当前低碳经济形势下，LED照明产业市场不断升温，竞争日益激烈。

1）、国际市场需求增长

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