半導(dǎo)體LED照明介紹

半導(dǎo)體LED照明介紹第一頁，共31頁。2半導(dǎo)體照明概述第二頁，共31頁。半導(dǎo)體照明是指用全固態(tài)發(fā)光器件（發(fā)光二極管，即LED）作為光源的照明，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長、易維護等顯著特點，是近年來全球最具發(fā)展前景的高新技術(shù)領(lǐng)域之一，是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一場照明光源的革命。半導(dǎo)體照明第三頁，共31頁。LED(LightEmittingDiode)

LED，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件,它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，主要是電子。這兩種半導(dǎo)體相連就形成一個“P-N結(jié)”。當電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。LED構(gòu)造圖第四頁，共31頁。半導(dǎo)體照明燈的主要優(yōu)點

國家經(jīng)貿(mào)委等13個部門組織實施的旨在節(jié)約電能，保護環(huán)境，改善照明質(zhì)量的國家綠色照明工程中，大功率LED已明確作為推廣使用的產(chǎn)品。公司現(xiàn)在已經(jīng)成功研制出500W、200W、100W等大功率LED節(jié)能照明燈，填補了國內(nèi)國外在該項目上的空白。LED燈主要優(yōu)點如下：第五頁，共31頁。光源使用壽命長

LED燈的理論壽命可達10萬小時，實際使用壽命超過5萬小時，按每天點亮10小時，LED燈可用5000天，因此LED燈可用10年以上。燈內(nèi)控制電路采用高質(zhì)量設(shè)計，可工作10年以上。白熾燈的平均壽命只有1000小時，其他光源的平均壽命也只有3000-8000小時，遠遠低于LED燈的壽命。由于LED燈的壽命很長，不需要經(jīng)常更換，因此可大大節(jié)省維護費用。第六頁，共31頁。光效高節(jié)電顯著

電光源每W電功率產(chǎn)生的光通量稱為光效，單位為Lm/w。普通白熾燈的光效為15Lm/w，LED的光效可達到200Lm/w。與同亮度白熾燈相比，LED照明燈可節(jié)省80-90%電能。應(yīng)當特別指出的是：由于LED燈特別省電，因此有可能實現(xiàn)太陽能電池供電。LED路燈所需太陽能電池和蓄電池的容量較小，可以大大減小初期投資。據(jù)估算，全國若有三分之一的照明燈具使用LED燈，每年節(jié)約的電費可重建一個三峽工程。第七頁，共31頁。光通量穩(wěn)定、不波動、

無頻閃效應(yīng)危害

電光源發(fā)出的光通量不穩(wěn)定，產(chǎn)生光波動稱為頻閃。頻閃超過一定范圍后，在燈光下將產(chǎn)生視覺疲勞，長期視覺疲勞會損傷人的視覺系統(tǒng)。LED照明燈采用恒定直流電流驅(qū)動，不會產(chǎn)生任何頻閃，對人體沒有任何危害。日光燈、白熾燈、高壓汞燈、鈉燈等光源均采用交流電源供電，光通量的波動深度在55-65%，波動頻率為100周，頻閃效應(yīng)的危害性極大。第八頁，共31頁。顯色性能好不會產(chǎn)生色偏顯色性表示光對顏色的還原程度。在顯色性較低的燈光下（一般日光燈顯色指數(shù)為60－70）看東西，眼睛對顏色的分辨能力低，容易造成視覺疲勞。綠色照明燈要求顯色指數(shù)應(yīng)大于或等于85。LED燈顯色指數(shù)完全可以滿足綠色照明燈的要求。第九頁，共31頁。LED產(chǎn)業(yè)鏈LED產(chǎn)業(yè)鏈大致可分為五部分：原材料，LED上游產(chǎn)業(yè)，LED中游產(chǎn)業(yè)，LED下游產(chǎn)業(yè)，測試儀器和生產(chǎn)設(shè)備。1、原材料

LED的原材料包括襯底材料砷化鎵、氮化鋁、磷化鎵、磷砷化鎵、銦鎵鋁磷、銦鎵氮等。它們大部分是III—V族化合物半導(dǎo)體單晶，生產(chǎn)工藝比較成熟。原材料的純度一般都要在6N以上。第十頁，共31頁。3、LED中游產(chǎn)業(yè)

是指LED器件封裝產(chǎn)業(yè)。根據(jù)用于現(xiàn)實、照明、通信等不同場合，封裝出不同顏色、不同形狀的品種繁多的LED發(fā)光器件。2、LED上游產(chǎn)業(yè)

主要是指LED發(fā)光材料外延制造和芯片制造。由于外延工藝的高度發(fā)展，器件的主要結(jié)構(gòu)如發(fā)光層、限制層、緩沖層、反射層等均已在外延工序中完成，芯片制造主要是做正、負電極和完成分割檢測。第十一頁，共31頁。鳥巢景觀照明4、LED下游產(chǎn)業(yè)

是指應(yīng)用LED作為顯示或照明器件后形成的產(chǎn)業(yè)。主要的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)有LED顯示屏、LED交通信號燈、LED航標燈、LED景觀燈飾、液晶背光源、LED車燈、LED特殊照明等。第十二頁，共31頁。位于湖濱北路的中閩大廈第十三頁，共31頁。太陽能LED照明系統(tǒng)為解決偏遠地區(qū)的照明問題，可采用太陽能光伏電源供電。在這種供電系統(tǒng)中采用LED作光源，可節(jié)省大量的電能。雖然LED燈成本較高，但在要求同樣照明功率和照明時間的條件下，光伏電池組件和貯能蓄電池的容量可減小60%，同時半導(dǎo)體照明燈由直流電壓供電，可省去逆變器，提高了供電效率和供電系統(tǒng)的可靠性，大幅度降低了系統(tǒng)成本。該產(chǎn)品還可用于高速公路遂道照明、太陽能路燈、太陽能庭院燈等。第十四頁，共31頁。

廈門為中國七大LED產(chǎn)業(yè)基地之一，首批4個半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地之一（大連、上海、南昌和廈門

），已經(jīng)成為中國大陸地區(qū)光電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的重要城市。

廈門市LED產(chǎn)業(yè)簡介第十五頁，共31頁。廈門生產(chǎn)LED外延片、芯片的企業(yè)有四家，即廈門三安光電、聯(lián)廈光電、明達光電、乾照光電，芯片總產(chǎn)量約占祖國大陸自產(chǎn)芯片的25%。封裝企業(yè)有十幾家，下游應(yīng)用企業(yè)有50多家，還有與之配套的熒光粉、環(huán)氧樹脂、塑料鏡頭、藍寶石外延材料、各種輔助材料和模具等生產(chǎn)廠，形成了較完整的產(chǎn)業(yè)鏈。廈門市LED產(chǎn)業(yè)簡介第十六頁，共31頁。2009年廈門市光電產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)值404.39億元，首次突破400億元，銷售收入398.72億元。2009年，產(chǎn)值及銷售同時超億的廈門市光電企業(yè)有29家。2009年廈門市節(jié)能燈照明出口占有量繼續(xù)保持全球市場20%以上，為全球高端節(jié)能照明的制造和出口基地。廈門市LED產(chǎn)業(yè)簡介第十七頁，共31頁。LED基礎(chǔ)知識第十八頁，共31頁。LED是“l(fā)ightemittingdiode”的英文縮寫。中文名:發(fā)光二極管。LED是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的固體電致發(fā)光(EL)半導(dǎo)體器件。LED實質(zhì)性核心結(jié)構(gòu)是由元素譜中的Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族化合物材料構(gòu)成的p-n結(jié)。第十九頁，共31頁。第二十頁，共31頁。物體的發(fā)光方式冷光熱光：又叫熱輻射，是指物質(zhì)在高溫下發(fā)出的光。：某種能源在較低溫度時所發(fā)出的光。發(fā)冷光時，某個原子的一個電子受外力作用從基態(tài)激發(fā)到較高的能態(tài)。由于這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的，該電子通常以光的形式將能量釋放出來，回到基態(tài)。白熾燈：當鎢絲在真空或是惰性氣體中加熱至很高的溫度，就會發(fā)出白光。生物發(fā)光：螢火蟲化學發(fā)光：熒光粉陰極射線發(fā)光：熒光燈、金鹵燈場致發(fā)光：無極燈電致發(fā)光：LED第二十一頁，共31頁。

電致發(fā)光原理：電場的作用激發(fā)電子由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，當這些電子從高能態(tài)回到低能態(tài)的時候，根據(jù)能量守恒原理，多余的能量將以光的形式釋放出來。第二十二頁，共31頁。目前發(fā)光二極管用的都是直接帶隙材料GaAsSi第二十三頁，共31頁。直接帶隙材料中，電子與空穴復(fù)合時，其發(fā)光躍遷（RadiativeTransition）有以下可能性：導(dǎo)帶價帶（１）帶間復(fù)合Ｅｇ導(dǎo)帶價帶（２）自由激子相互抵消（３）在能帶勢能波動區(qū)，局部束縛激子的復(fù)合ＥｃＥｖ圖（１）和（２）是一般ＡｌＧａＩｎＰ紅光ＬＥＤ產(chǎn)生光的原理，而圖（３）是ＡｌＧａＩｎＮ藍光ＬＥＤ產(chǎn)生光的原理．第二十四頁，共31頁。LED自發(fā)性的發(fā)光是由于電子與空穴的復(fù)合而產(chǎn)生的。當LED兩端加上正向電壓，電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合，放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光。第二十五頁，共31頁。E光子第二十六頁，共31頁。光的峰值波長λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Ｅg有關(guān)，即λ≈1240/Eg（mm）電子由導(dǎo)帶向價帶躍遷時以光的形式釋放能量，大小為禁帶寬度Eg。Eg越大，所發(fā)出的光子波長就越短，顏色就會藍移。反之，Eg越小，所發(fā)出的光子波長就越長，顏色就會紅移。第二十七頁，共31頁。若要產(chǎn)生可見光（波長在380nm紫光～780nm紅光），半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)該在1.59～3.26eV之間。在此能量范圍之內(nèi)，帶隙為直接帶的Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料只有GaN、GaP等少數(shù)材料，也可以利用Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族二元化合物組成新的三元或四元Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族固溶體，通過改變固溶體的組分來改變禁帶寬