半导体照明基础知识

半

体

照

明一照明领域的又一次革命一

、

人

类

照

明

的

历

史火

一

人

类

的

文

明灯

—

延

续

历

史

几

千

年灯

—

延

续

历

史

几

千

年二

、

电

光

源

的

历

史1879

年

爱

迪

生

发

明

白

炽

灯荧

光

灯

将

电

光

源

带

入

新

天

地三

、

半

导

体

发

光

二

极

管半

导

体

发

光

二

极

管150气体

放

电

高库钠灯照

明

的

革

命卤素灯传统白炽灯水银蒸气灯成型反光杯白炽灯01940

1960

1980

2000

202010050金属卤素灯发光二极管荧光灯光

效

(

u

m

e

n

s

h

w

a

t

t

)四

、

第

三

代

半

导

体

材

料半

导

体

材

料

的

分

代1.

以

硅Si为代表的半导体材料为第一

代半导体

材

料2.

以砷化

镓GaAs为代表的化合物半导体材料为第二

代半导

体

材

料3.

以氮化

镓Ga

N

为代表的宽带隙化合物半导

体材料

为

第

三

代

半

导

体

材

料●宽带隙化

合

物

半

导

体

材

料，

有

很高的

禁

带宽度(2.3—6.2eV),可以覆盖红、黄、绿、

蓝、紫和紫外光谱范围，

是到

目前为止其它任

何

半导

体

材

料

都

无

法

达

到的●高频

特

性，可

以

达到

300

GHz(

硅

为1

0

G

,砷化

镓

为80

G)GaN半

导

体

材

料

特

点●高温特性，在300℃

正

常

工

作

(

非

常

适

用

于

航天、军事和其它高温环境)●耐酸、耐碱

、耐腐蚀

(可用于恶

劣环境)·高压

特

性

(

耐

冲

击

，

可

靠

性

高

)·大功率

(对

通

讯

设

备

是

非

常

渴

望

的

)GaN半

导

体

材

料

特

点●

通过

MOCVD进

行GaN

单晶膜外延生长用蓝

宝

石

为

衬

底

材

料用高纯

氨

气

提

供

氮

源用金属

有

机

源

提

供

镓、

铟、

铝

源通过金

属

有

机

源

化

学

气

相

沉

积的

方

法进行生长GaN

外

延

片

生

产方

大

集

团

于2001

年

9

月

在

国

内

第

一

个

生

产

出GaN基LED

外

延

片方

大

集

团6

X2MOCVD设

备Ga

N

基

蓝

绿

光LED

芯

片GaN

基

大

功

率

蓝

光LED芯

片全彩色

大

屏

幕交通

信号

灯背光

源、仪

器

仪

表

指

示

灯景观光源GaN

半

导

体

光

电

器

件

应

用●

蓝、绿

光LED室

外

大LED

全

彩

色

屏

幕LE

D

交

通

信

号

灯程私光信矮筑建波花旗银行大厦GaN

半导体光电器件应用●

蓝

光

激

光

器

(BLD)蓝光

DVD,双面双密

度

容

量为

20

G,取代现

有

红光DVD,是以后数字电视存储的必由之路激光打印和显示，生物医疗仪器和设备,光谱测

量

系

统可用于军事领域，450～550

nm的蓝-绿光波段对海水是透光的

，

所

以BLD

可通过

空

间

卫

星

、

机

载平台直接用来对海底潜艇通信，

大大提高潜艇的

隐蔽性和保密性。这是军事部门长久渴望

实现

的技术手段

。中

国

汉

级

核

潜

艇索

尼

全

球

首

台

蓝

光DVD

刻

录

机BDZ-S7响

哪

哪高#五

、

半

导

体

照

明

的

来

临●

白

光LED固体冷光源，

效率

高

，

绿

色环

保寿命长，可

以达到10万小

时

(连续

10年)低

电

压

工

作是照

明领域的又一

次革命优

异

的

性

能1、

通

过LED

红绿蓝的三基色多芯片组和发光合成白光。优点：效率高、色温可控、显色性较好。缺点：三基色光衰不同导致色温不稳定、控制电路较复杂、成本较

高

。2、

蓝光LED芯片激发黄色荧光粉，

由LED蓝光和荧光

粉

发出的黄绿光合成白光，为改善显色性能还可以在其中加少

量红色荧光粉或同时加适量绿色、红色荧光粉。优点：效率高、制备简单、温度稳定性较好、显色性较好。缺点：一致性差、色温随角度变化。3、

紫

外

光LED芯片激发荧光粉发出三基色合成白光。优点：显色性好、制备简单。缺点：

目前，LED

芯片效率较低，有紫外光泄漏问题，荧光粉温度

稳定性问题有待解决。白

光LED的

构

成

方

式LED

芯

片(GAM)E:LED

芯片发蓝光F:YAG荧

光

粉

发

黄

光一

种

白

色LED的

结

构

示

意

图Y粉AG层荧

光

金线LED

芯

片\t/引线F

EE

FE>照明

占电力需

求1

8

%;>未

来15

年，

LED

照明

将

减

少5

0

%电

力需

求

，

减少

2

0

0

万吨的二氧化碳排

放

；>

目标：2

0

0

7

年

取

代白炽

灯，

2

01

2

年

取代

荧

光

灯白

光LED

照

明

整

体

效

益

分

析●

从2000

年起国家投资5亿美元●

到2010

年

55%的

白炽灯和荧光灯被半导体灯

取

代●每年节

电达350

亿

美

元●2015

年形成

每

年500亿美元的半导体照

明产

业

市

场美

国

国

家

半

导

体

照

明

计

划●投

入

资

金50

亿

日

元●

到2007

年30%

的

白炽灯被置

换

为

半

导

体

照明

灯日

本

2

1

世

纪

照

明

计

划●

应

用

半

导

体

照

明

实

现

：●

高

效●

节

能·不

使

用

有

害

环

境的材

料●

模

拟

自

然

光欧

盟

的

彩

虹

计

划●

2004年-2008年韩国政府计

划

投

入1亿

美

元

，

企业提供30%的配套资金，近期开始实施，

预

计2008年LED

的发光效率达

到80

lm/W韩

国

“

固

态

照

明

计

划

”·我

国有近

百

名

专

家

(

两

院

院

士

)

联

名

向

国

务院呼吁

，

以三峡工程

的5%

费用

，支持我

国的半

导

体照明

产

业，

用5

-1

0

年的时间的

努力，

1

/3照明

应用

半

导

体

照明，

每年可

以

节约

的

电量1

0

0

0

亿度

，

多于一个三峡水

电

站

的发

电量

(80

0亿

度)●国家启动国家半导体照明工程中

国

专

家

的

呼

吁六

、

半

导

体

照

明

发

展

现

状目前已经应用

在

：●室

内特

殊

照

明

/

手

电

筒

/

闪

光

灯

/

装

饰

灯·液晶显示器(LCD)

、便携式电子产品(PDA

,

移动

电话)背光源·汽车

内部、车灯及驾驶面板照

明●

高楼建筑物及广场探照灯●剧场

舞

台灯

/

投

影

灯

源部

分

领

域已

经

应

用Centerhigh-mountedstop

lamps

〔CHMSL〕&cargo

bed

lightingBackuplightīngInteriorApplications·Map

lamps-Passengerreading

lights·PRNDLIgearselector

lighting

al

htss

ghtceaysinlk

liespTruAm&d··igsl

lhtegniportsstrumteriorome

lInIrDRunning

board&TurnsignalsLE

D在

汽

车

中的

应

用Signal

mimors,approachlighting,footwell

lightingand

exeriorsecurity

lightingLicense

platellluminatorsand

stoplampsLE

D在

汽

车

中

的

应

用Ford

MIGHTYF-350

TONKA

概念車(货車)Osram

供

愿白

光LEDLumiLeds

概念隆品：

號稱目前最亮的白光LEDLE

D

在

汽

车

中

的

应

用已

经

走

近

我

们

的

生

活已

经

走

近

我

们

的

生

活白色LED照明灯手电筒礼品灯地砖灯白

光LED

射

灯可

与

目

前

普

通

灯

具

互

换

的LED白

光

灯LED应

用

产

品(LED

Bulb)LED

应用产品(花园灯)LE

D

应用产品(天花灯)LED

应用产品(地灯)“衡器”高

6

米

，重

250

Kg总功率1200

W,在

众

多普通照明的衬托下

更

引人注目LE

D工程应用实例标

志着L

ED

光

源

进

入新的里程碑高

亮

白

光点

缀●价格过

高●发光效率还不够高●

性

价

比

低·还不

到

民众

普

及

的

时

刻●半导体照明的寿命实际上还涉及多方面的

问题，与10万小时的理论寿命有差距·

专

利

争

议存

在

的

问

题据韩联社报道，根据一项美国地方法院调解裁定，三星电子物血着唇颓缬图络软僚密基应和发金电

Pigt

受立信等公GoRuni

F

村校其北4佟秦元照喜列使用费三奉季好

月，“美国法院同样

判定

诺

基

业因

专

利问题

应向InterDigital

支得23花寞甚有专利授权使用协议。mtabigit

a年

美

劳

奖

显

9

万

、

大束善秽。而领域存其他敷的母周狭前费增InterDigita研母用称，

测第是每球收线标的的真步方者，其排有项专器雕如枝付的

授怒纶矣晓的2G、2.5G、3G

与802产品制造商。此外，该公

司还为3

G

多模终端与汇聚产品提供基带解决方案和协议软件。美

国

小

公

司

挖

专

利

大

坑

三

星

继

诺

基

亚

再

度

落

马七

、

未

来

的

前

景●发光效率

达到

200

ml/w·显色

指

数

接

近

100%·新的半导体材料和技术会

进

一

步

发

展·价格下

降

，为百

姓

所

接

受未

来

的

指

标●没

有

人

怀

疑●国内外的传统照明企业

都

非

常

积

极·真正进入绿色照明●产

业

链

条已经

形

成，互

动

作

用明显进

入

主

流

光

源

是

必

然

趋

势·一场革命带来新的危机●一

场

革

命

带

来

新的

机

遇●新的

行

业的诞

生·衍生

产品创

造

新的精彩

世界●抓

住

机

遇，

迎

接

挑战抓

住

新

机

遇·有

多家

公

司

参

与·在半导体领域中与国际水平最接近，基本

上与国际水平同步发展，有部分领先●方大

集团在国内处于领先地位，特别是

大

功

芯

片·光

电

国家

实

验

室中

国

在

此

领

域

的

发

展·由深圳市邦贝尔电子有限公司自行研制的新型LED照明光

源通过了有关部门组织的专家鉴定

。·由于首创集合式封装和一体化设计，且较普通

白炽灯节电

80%,

邦贝尔公司的新型LED照明光源甫一面市便赢得海

外客户的青睐，

目前已接到2亿多元的出口订单。·技术达国际先进水平·经权威检测，

该产品具有节电、寿命长、无辐射、无频闪

等优点，获得了评审专家的一致好评，认为其技术已达到

国际先进水平

。●

年收入有望

达

5

亿

元深

圳

制

出

新

型LED

照

明

光

源

赢得海

外

客

户

大

订

单湖北省科

技

厅

领

导

考

察

武

汉

光电国家实

验

室L

ED联合研发基地质

量

就

是

生

命·

近日，

由武汉光电国家实验室(筹)微光机电系统研究部、华中科技大学机械学院和能源学院合作，研制成功96

W新型大功率高亮度LED路灯。该LED路灯采用自主研发的多

项专利技术，

性能达到或超过国家路灯相关技术标准，具有较高的技术水平。●

此次研制的96W

大功率高亮度LED

路灯采用自主研发的专

同

。微光机电系统研究部将继续致力于开发新型LED照明光源，为提升

我

国LED

技术水平，推进“国家半导体照明工程”

做出更大的贡献。具有广泛的应用前景种道路照明

的标准做场合的应用要求光源

模

块可

根

据不LED足个满每，，出调整利技术新

型

大

功

率

高

亮

度LED

路

灯

在武

汉

研

制

成

功·

近日，

由武汉光电国家实验室(筹)微光机电系统研究部、华中科技大学机械学院微系统中心和能源学院合作，共同封

装

出1500

W

超大功

率LED光源。此光源是

目前世界上已

知最大功率的LED光源，在国际上处于领先水平。●

此次研制

的1500

W

超

大

功

率LED光源采用

自主研发的专利技术，

开发出了具有核心竞争力的封