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半导体照明

半导体照明(Semiconductor Lighting),即发光二极管(Light-emitting diode, 简称LED),是一种半导体固体发光器件,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、青、橙、紫、白色的光。半导体照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。半导体照明具有高效、节能、环保、易维护等显著特点,是实现节能减排的有效途径,已逐渐成为照明史上继白炽灯荧光灯之后的又一场照明光源的革命。

介绍
背景
当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下,节约能源是我们未来面临的重要的问题,在照明领域,LED发光产品的应用正吸引着世人的目光,LED作为一种新型的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势,二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。

现阶段LED缺点
1、暂时的温度升高不会产生光强衰减,较高的温度在较长时间内工作会使LED产生光衰
2、LED实际是个半导体PN结,其正向导通电压虽然都在一个范围内,但却因生产厂家、设备型号、进货批次的不同而相异,这种情况极易导致相当一部分LED不能工作在正常工作点上。
3、单个LED功率低。为了获得大功率,需要多个并联使用,例如汽车尾灯。单个大功率LED价格很贵。现阶段LED价格较之于白炽灯价格要贵几倍、十几倍甚至几十倍。
4、显色指数低。在LED照射下显示的颜色没有白炽灯真实。

LED照明术语
波长:光的色彩强弱变化,是可以通过数据来描述,这种数据叫波长。我们能见到的光的波长,范围在380至780nm之间。单位:纳米(nm)。
亮度:亮度是指物体明暗的程度,定义是单位面积的发光强度。单位:尼特(nit)。
光强:指光源的明亮程度。也即表示光源在一定方向和范围内发出的可见光辐射强弱的物理量。
单位:烛光(cd)。
光通量:光源每秒钟所发出的可见光量之总和。单位:流明(Lm)。
光效:光源发出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源节能的重要指标。单位:每瓦流明(Lm/w)。
显色性:光源对物体呈现的程度,也就是颜色的逼真程度。通常叫做“显色指数”单位:Ra。
色温:光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体的温度称为该光源的色温。
单位开尔文(K)。
眩光:视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比,所造成的视觉不舒适称为眩光,眩光是影响照明质量的重要因素。
同步性:两个或两个以上LED灯在不规定时间内能正常按程序设定的方式运行,一般指内控方式的LED灯,同步性是LED灯实现协调变化的基本要求。
防护等级:IP防护等级是将灯具依其防尘、防湿气之特性加以分级,由两个数字所组成,第一个数字代表灯具防尘、防止外物侵人的等级(分0-6级),第二个数字代表灯具防湿气、防水侵人的密封程度(分0-8级),数字越大表示其防护等级越高。
光周期:自然界或人造的能够影响生物有机体的亮暗循环。
光度测量 :根据给定的光效函数,如V(λ)和V’(λ),测量辐射量的方法。
光强分布:光源或者灯具在空间各个方向的光强分布。
光强曲线图(表):光强由极坐标或者图表给出,表中的数值为光源在每1000流明光通时产生的光强。对于光强非对称分布的情况,可采用两个不同平面内的光强分布图来表示该灯具的光强分布情况。

行业发展概况
特点及政策
LED被称为第四代照明光源或绿色光源,具有节能、环保、寿命长、体积小等特点,可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景照明等领域。近年来,世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”,欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下,2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。人们通常说的半导体照明一般是指用LED作为光源的照明,从广义上讲还应该包括LD(激光二极管)作为光源的照明,LD可以用于舞台灯光,大型室外集会、庆典、娱乐和远距离照明等。
科技部在北京组织召开了“十一五”国家863计划“半导体照明工程”重大项目验收会。通过项目实施,我国在LED外延材料、芯片制造、器件封装、关键原材料和应用集成等方面攻克了一批产业共性关键技术,初步形成了从上游材料芯片制备、中游器件封装及下游集成应用比较完整的研发与产业体系,其中白光LED器件实验室光效超过130lm/W,产业化光效超过100lm/W,Si衬底LED光效达到90lm/W,芯片国产化率达到60%。37个“十城万盏”试点城市实施的示范工程超过2000项,应用的LED灯具超过420万盏,年节电超过4亿度。
项目的实施带动了我国半导体照明产业迅速发展。“十一五”期间,我国半导体照明产业年均增长率接近35%。2010年,我国半导体照明规模以上企业4000余家,产业规模由2006年的356亿元,提高到1200亿元,形成了珠三角、长三角、环渤海、江西及福建地区四大半导体照明产业聚集区域。

半导体照明产业
从全球来看,半导体照明产业已形成以美国、亚洲、欧洲三大区域为主导的三足鼎立的产业分布与竞争格局。随着市场的快速发展,美国、日本、欧洲各主要厂商纷纷扩产,加快抢占市场份额。根据目前全球LED产业发展情况,预测LED照明将使全球照明用电减少一半,2007年起,澳大利亚、加拿大、美国、欧盟、日本及中国台湾等国家和地区已陆续宣布将逐步淘汰白炽灯,发展LED照明成为全球产业的焦点。
中国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展,中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。在“国家半导体照明工程”的推动下,形成了上海、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。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。
目前,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、景观照明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,但国内在大尺寸LCD背光和汽车前照灯方面仍显落后。
2008年北京奥运会对LED照明的集中展示让人们对LED有了全新的认识,有力推动了中国半导体照明产业的发展。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。
从产业发展前景和趋势来看,由于环保节能减碳受到重视,使得半导体照明的应用日益广泛,也使得国内外大批厂商竞相投入这一新兴产业领域。中国经济的飞速发展使得国际资本和民间资本对中国半导体照明市场青睐有加,近年来在国内市场掀起投资热潮,预计2010年中国整个LED产业的产值将超过1500亿元。

发展状况及数据
2011年全球经济遭遇极大困难,电子产品市场遭遇寒冬,各种产品出现滞销,库存天数数月递增,LED产业也随之增速放缓。2011年,由于上游晶圆厂供给过量加上背光模组需求减缓,蓝宝石基板的价格在2011年下半年末出现跳水,背光市场的自由落体式下跌抵消了增长迅速的LED照明市场带来的积极因素,2011年全球LED市场年增长率仅9%。
2012年全球的芯片产能依然过剩。由于2011年下半年全球LED TV的销售低于预期以及中国减少了对相关投资的补贴,韩国和台湾地区的LED厂商和面板厂商已经开始削减自己的资本支出。2011年,全球MOCVD的年增长量为704台,总量达到了2,547台。预计中国LED照明市场在2012年会回暖,为应对迅速下跌的蓝宝石衬底价格和4寸基板需求的增长,预计2012年有超过50%的MOCVD的产能的设计是生产4寸基板,6寸基板的MOCVD也将增长5%。

前景预测
中国将成为全球LED市场发展的主要驱动力量,LED照明市场中的户外照明市场由公共预算采购决定,而室内、背光和其他的应用则更多地与宏观经济正相关。2012年,中国政府将在民用和商用领域广泛采用LED照明的绿能方案,这有望帮助陷入全球经济衰退泥淖的LED产业获得复苏。2011年,我国半导体照明产业规模达到1560亿元,较2010年的1200亿元增长30%。其中上游外延芯片、中游封装、下游应用的规模分别为65亿元、285亿元和1210亿元,增速略有放缓。
目前,技术、专利和标准仍然是我国半导体照明产业发展的主要制约,特别是在行业发展进入调整阶段的2011年。2011年,我国在技术创新模式和公共研发平台建设方面进行了新的探索,依托半导体照明联盟,国内外5家研究机构共同发起,22家企业参与的半导体照明联合创新国家重点实验室的筹建工作顺利启动,通过聚焦产业化共性关键技术和引领性前沿技术研究,遵循联合、开放和可持续的原则,建设具有一流设备、一流机制、一流人才的开放性、国际性半导体照明公共技术研发平台,以成为我国半导体照明产业抢占产业发展制高点的强有力支撑。国标委已联合发改委、科技部、工信部、财政部、住建部等部门成立半导体照明标准领导小组和专家组,统筹规划、总体协调和全面推进标准体系建设工作。产业发展环境进一步完善。
预计2012年,随着“十二五”工作的全面启动、相关扶持政策的出台、照明应用规模的推进以及国际经济形式的稳定,我国半导体照明行业发展局面将会在下半年有所好转。中小企业的经营和资金压力仍然不会明显降低,而行业各环节的领先企业将有机会利用自己的规模、技术、资金和市场、品牌优势通过行业整合来扩大自己的领先地位,国内半导体照明行业也将逐步形成主导性品牌体系,产业整体格局也将由此改变。2012年,我国半导体照明产业出口为主的产业格局不会有明显改观,但国内相关政策的出台会使国内市场的重要性进一步增强。半导体照明上市企业的实际表现将极大影响产业投资方向和规模,产业的整合速度会进一步加快。国际领先企业也将陆续实现在国内的产业布局,这也会使得国内产业竞争格局更加复杂。
对国内半导体照明企业来说,塑造自己的核心竞争力和品牌形象,形成清晰的产品和技术路线,将是2012年及今后产业竞争中最为关键的事项。

LED光源优点
·高节能
节能能源无污染即为环保。直流驱动,超低功耗(单管0.03-0.06瓦)电光功率转换接近100%,相同照明效果比传统光源节能80%以上。

·寿命长
LED光源有人称它为长寿灯,意为永不熄灭的灯。固体冷光源,环氧树脂封装,灯体内也没有松动的部分,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点,使用寿命可达6万到10万小时,比传统光源寿命长10倍以上。

·多变幻
LED光源可利用红、绿、篮三基色原理,在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合,即可产生256×256×256=16777216种颜色,形成不同光色的组合变化多端,实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。

·利环保
环保效益更佳,光谱中没有紫外线和红外线,既没有热量,也没有辐射,眩光小,而且废弃物可回收,没有污染不含汞元素,冷光源,可以安全触摸,属于典型的绿色照明光源。

·高新尖
与传统光源单调的发光效果相比,LED光源是低压微电子产品,成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等,所以亦是数字信息化产品,是半导体光电器件“高新尖”技术,具有在线编程,无限升级,灵活多变的特点。






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