半导体照明的介绍

半导体照明是一种采用发光二极管（LED）作为光源的照明装置，广泛应用于装饰灯、城市景观照明、交通信号灯、大屏幕显示、仪器仪表指示灯、汽车用灯、手机及PDA背光源、电脑及普通照明等领域。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它是半导体制成的光电器件，可将电能转换为光能。半导体照明相同亮度的能耗仅为普通白炽灯的十分之一，而寿命却为其100倍，被誉为“21世纪新固体光源时代的革命性技术”。

半导体照明产品的构成及其发光原理

与白炽灯和节能灯不同的是，半导体照明采用电场发光。它的基本结构是将一块电致发光的半导体材料置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。LED因使用材料的不同，其二极管内电子、空穴所占能级也有所不同，能级差的不同使载流子复合时产生的光子的能量不同，从而形成不同波长的光。

由于半导体照明能把电能直接转换为光能，因此从理论上可以产生较高的光效。近几年来， LED的光效提高很快。在1998年，白光LED的光效只有5 lm/W，但在2000年时，白光LED的光效已达25 lm/W，这一指标与卤钨灯相近。2008年7月22日，位于加州的欧司朗公司在开发高亮度、高效率LED上取得了新的突破，在350 mA的标准条件下，亮度的峰值达到155 lm，效率达到136 lm/W。2009年，世界LED巨头Cree、Nichia新近宣布LED的发光效率实验值分别是161 lm/W@350 mA、145 lm/W@350 mA，这些结果都已经大大超过了现有照明灯具的光效。当然，上述这些都是在实验室取得的，在实际应用中，由于受散热性等多方面的影响，LED的光效仅只有几十lm/W。不过以当前LED技术的发展速度，相信LED光效的瓶颈会得到突破，从而真正实现LED照明的广泛应用。

半导体照明产品的分类

LED常见分类主要有以下五种方式：

(1) 按发光管发光颜色：可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管不适合做指示灯用。目前，为了提高LED的发光效率，推动LED在通用照明领域的应用，用红、绿、蓝三基色或其他途径合成白光LED成为该领域的研究热点。

(2) 按发光管出光面特征：可分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为Φ2 mm、Φ4.4 mm、Φ5 mm、Φ8 mm、Φ10 mm及Φ20 mm等。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。

(3) 按照发光强度角分布图，可分为以下三类：

高指向性：一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。

标准型：通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。

散射型：这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。

(4) 按发光二极管的结构：可分为全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。

(5) 按发光强度和工作电流：按发光强度可分为普通亮度的LED（发光强度小于10 mcd）、高亮度的LED（发光强度介于10～100 mcd之间）和超高亮度的LED（发光强度大于100 mcd）；按照工作电流，可分为一般LED和低电流LED，其中一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2 mA以下（亮度与普通发光管相同）。

半导体照明产品的特点

在当前全球能源短缺的形势下，节约能源是我们正面临的重要问题。LED被称为第四代照明光源或绿色光源，它的节能、环保、寿命长等特点，正是其不断受到世界各国推崇的重要原因：

(1) 寿命长：光通量衰减到70%的标准寿命是10万小时，一个LED灯在理想情况下可以使用50年。

(2) 色彩丰富：LED已经实现了多个波长的单基色，有红、琥珀黄、黄、绿、蓝等，基本满足了应用领域对LED色彩的要求，随着更多新材料的开发，还会实现更多的基色及至全彩色。

(3) 稳定可靠：没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件，非正常报废率很小。在LED的寿命期内，LED一般都能稳定地工作，维护工作量较小。

(4) 电气安全性高：LED一般工作在低电压（6-24 V）、小电流（10-20 mA）环境下，属弱电级工作器件，有较好的电气安全性能。

(5) 节能环保效率高：光谱几乎全部集中于可见光频率，效率可以达到50%以上，而光效相近的白炽灯可见光效率仅为10%-20%。而且LED灯不存在有害金属汞污染等问题，符合社会发展趋势。

(6) 应用灵活性好：LED可进行低压供电，也可用110 V/220 V电源供电，加上单粒LED的体积小（芯片更小，只用3-5 mm2），可以平面封装，易开发成轻薄短小的产品，做成点、线、面各种形式的具体应用产品。

(7) 受控制能力强：现有的技术已经可以实现LED的亮度、灰度、动态显示、分布控制等，是其它发光装置无可比拟的。

(8) 抗震性能优越：LED的坚固、耐震、耐冲击性能都超过了目前所有其它类型的电光源产品。

(9) 响应速度快：LED的响应速度在毫秒级，可以有效地应用于显示屏、汽车刹车灯、相机闪光灯等领域。

(10) 显色性能良好：白色LED目前的显色指数Ra达到了70以上，色温范围从3600 K到11000 K不等（随荧光粉不同而变），而且已经获得了实验室提高的方案。

此外，LED还具有亮度高、无干扰、方向性好等特点。

1、全球led照明市场概况

全球LED照明产业，受限于成本高、缺失行业标准，以及光效、寿命、可靠度等技术还不够成熟等原因，市场在前几年发展较慢。随着LED企业对产品研发的不断投入以及相关政策的大力支持，目前LED芯片技术已经大幅提高，发光效率能够达到通用照明的要求，为LED照明产品在市场的普及奠定了坚实的基础。

根据拓扑产业研究所的研究显示，2008年全球LED照明市场已经初现端倪，并将在未来几年呈现爆发式增长。2009年全球LED照明应用产品市场规模约为28.5亿美元，增长率为9.2%，2010年全球LED照明应用产品市场规模为40.0亿美元，同比增长40.4%，增长迅速。预计2014年全球LED照明应用产品是规模将达到625.0亿美元，为2010年的15倍，年复合增长率达到73.3%。

全球LED照明市场规模及增长变化

分区域来看，目前LED照明产业在美国、欧洲、日本以及中国发展的较快。

美国市场是全球用电量最多的区域，也是LED照明产业发展最快的国家；而欧洲国家具有较强的节能意识，为LED照明的普及进行了强有力的铺垫；中国及亚洲等国家的LED照明产业将在新建设需求、电力普及推动、以及户外照明使用增加等动力的带动下，快速成长。

2、中国LED照明市场概况

LED照明产品由于能量转化效率非常高，能耗理论上仅有白炽灯的10%，相比荧光灯，可以达到50%的节能效果，因而具有节能、环保和长寿命的优势，可广泛应用于景观照明、安全照明、特种照明和普通照明光源等照明领域，市场潜力巨大。

中国是仅次于美国的第二大发电大国，同时是世界上最大的照明电器生产和出口国。中国照明电器产品出口到全世界150多个国家和地区，出口额占全行业销售额的40%。如果LED技术及成本达到照明要求，则将成为普通照明应用中主要产品之一，LED照明产业在我国拥有巨大的发展空间。

我国的半导体照明产业正在进入自主创新、实现跨越式发展的重要时期，已经开发成功包括LED车灯、矿灯等多种产品，鉴于半导体照明产业令人鼓舞的发展前景，我国已成立国家半导体照明工程协调领导小组，启动国家半导体照明工程。金融危机以来，国家出台4万亿元经济刺激政策，促进基础设施、公共交通、生态环境建设和民生工程等，将增加对特殊照明、普通照明、景观照明等各种LED应用产品的大量需求。此外，科技部启动了旨在拉动内需，促进节能减排，推动产业规模的“十城万盏”LED应用示范工程，也将成为推动LED照明产业发展的动力。

同时，随着技术进步带来的成本下降及政府相应补贴政策的出台，LED照明产品将逐步进入民用照明领域，市场潜力巨大。

民用照明包括灯管、投射灯、吊灯等，据欧司朗光学半导体公司2008年调查统计，全球每年家庭照明灯座出货量约为500亿个，由于民用照明消费者对价格敏感度较高，而目前LED价格仍远高于传统光源，因此在民用照明领域的渗透率仍然较低；但由于其节能效果突出，在酒店、商务会馆、商用写字楼、超市连锁店等对价格敏感度低的商用场所，LED将首先得到应用。随着LED照明产品的价格快速下降，未来民用LED照明市场潜力巨大，LED照明灯具全面替代传统的荧光和白炽照明灯将成为必然。

据拓扑产业研究所的数据统计，2009年，中国LED照明市场规模为38.7亿元，同比增长21.2%。随着全球LED照明市场持续高速增长以及中国政府政策的大力支持，LED照明技术的不断进步势必带来产业升级，加速国内照明产业的迅速发展，据《半导体照明节能产业发展意见指出》，到2015年，LED功能性照明产品市场渗透率将达到20%、景观装饰等产品市场渗透率达到70％以上。预计到2014年，中国LED照明市场规模将达到908.9亿元，年复合增长率达到69.2%。

中国LED照明市场规模及增长变化

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