LED半导体照明的发展与应用文档格式.doc

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200

寿命（khr）

100

光通量（lm/lamp）

1,000

1,500

1,200

3,400

输入功率（W/lamp）

2.7

6.7

7.5

每千流明成本（$/klm）

0.4

1.5

单灯成本（$/lamp）

0.5

显色指数（CRI）

可渗透的照明市场

低光通量要求领域

市场

所有照明领域

4．各国政府的高度重视，相继推出半导体照明计划，已形成世界性的半导体照明技术合围突破的态势。

⑴美国：

“下一代照明计划”,时间是从2000年-2010年,投资5亿美元；

⑵日本：

“21世纪的照明计划”，将耗费60亿日元推行半导体照明,目标是在2006年用白光LED替代50%的传统照明；

⑶欧盟：

“彩虹计划”,已在2000年7月启动,通过欧共体的资助,推广应用白光LED照明。

⑷中国：

2003年6月17日，由科技部牵头成立了跨部门、跨地区、跨行业的“国家半导体照明工程协调领导小组”。

从协调领导小组成立起，到2005年年底之前的这段时间将是半导体照明工程项目的紧急启动期。

从2006年的“十一五”开始，国家将把半导体照明工程作为一个重大工程进行推动。

5．我国的半导体LED产业链经过多年的发展已相对完善，具备了一定的发展基础。

同时，我国又是照明灯具产业的大国。

只要政府和业界适当协调整合好，发展半导体LED照明产业是大有可为的。

6．半导体照明市场潜力巨大，前景看好。

三、正确认识LED

1．什么是LED？

LED——LightEmittingDiode，半导体发光二极管。

⑴LED的发光机理

图1：

能级跃迁—复合模型

N型载流子（电子）

P型载流子

（空穴）

禁带，Eg

能量

导带

价带

l半导体晶体的原子排列决定禁带，确定发光特性：

λ=hc/Eg；

l杂质掺入形成p型区和n型区；

l在正向偏压下，注入电子与空穴复合；

l复合能量以光（有效复合）或热（无效复合）的形式释放；

l整个过程基本上是无害的。

图2：

电学模型

ΦV

（光子）

（电子）

⑵LED的制造过程

LED

外延生长

封装

晶片制造

圆片制造

衬底晶体生长

机械切削

⑶LED的封装流程（以白光LED为例）

荧光粉涂布

焊线

固晶烘烤

固晶

半切

胶体烘烤

灌胶成型

荧光粉烘烤

检验包装

测试分档

二切

初测

金线焊接

环氧树脂透镜

正极

负极

反射杯

晶片固晶

电极引线

塑料框架

热沉

LED晶片

硅胶灌封

塑料透镜

图3：

普通Φ5mmLED封装图4：

POWERLED封装

2．表征LED的特点的主要技术指标

⑴电学指标

①正向工作电流IF（mA）

l额定工作电流IF（mA）：

LED在理想的线性工作区域，

在此电流下可安全地维持正常的工作状态；

l最小工作电流IFL（mA）：

LED在小于此电流工作时，

由于超出理想的线性工作区域，将无法保证LED的正常

工作状态（尤其是在一致性方面）；

l最大容许正向电流IFH（mA）：

LED最大可承受的正向

图5：

LEDI~V特性曲线

工作电流，在此电流下，LED仍可正常工作，但发热量剧

增，LED的使用寿命将大大缩短；

l最大容许正向脉冲电流IFP（mA）：

LED最大可承受的一定占空比的正向脉冲电流的高度。

②正向压降VF（V）——由LED本身固有的I~V特性曲线决定，在IF条件下所对应的VF数值。

l二元、三元、四元晶片的LED的VF：

1.7~2.5V

lGaN类晶片的LED的VF：

2.7~4.0V

③耗散功率PD（W）：

PD=IF·

最大容许耗散功率PDH=IFH·

VFH

④反向电流IR（μA）：

LED在一定的反向偏压（通常取VR=5V）下的反向漏电流。

l二元、三元、四元晶片的LED：

IR≤10μA

lGaN类晶片的LED：

IR≤50μA

⑤反向电压VR（V）：

LED在指定反向电流下所对应的反向电压。

⑥最大容许反向电压Vz（V）：

LED所能承受的最大反向电压，超出此电压使用，将导致LED反向击穿。

⑵光学指标

①光通量ΦV（lm）：

光源在单位时间内发出的光量。

780

380

ΦV=dQV/dt=Km∫Φ（λ）·

V（λ）dλ

②发光强度IV（cd）：

光源在单位立体角上的光通量。

IV=dΦV/dΩ

③光照度EV（lux）：

光源照射在光接收面上一点处的面元上的光通量dΦV与该面元面积dS的比值。

EV=dΦV/dS

④发光效率ηV（lm/W）：

LED发射的光通量与输入功率的比值。

ηV=ΦV/PD=ΦV/IF·

⑤发光强度空间分布图

图6：

三维空间分布图7：

二维分布

⑥半强度角θ1/2：

在发光强度分布图形中，发光强度大于最大强度一半之处所构成的角度。

⑦峰值波长λP（nm）：

光谱辐射功率最大点所对应的波长。

⑧主波长λd（nm）：

以规定白光[通常为等能白E（x=0.3333,y=0.3333）]为参照点，某点颜色的色调与波长为λd的纯光谱相同，则λd称为该点颜色的主波长。

这是一个人眼对该点颜色感觉的心理学物理参数。

⑨平均波长λ（nm）：

某一准单色光源光谱辐射分布图中的“重心”所对应的波长。

图8：

（x，y）与λd关系图图9：

LED发光谱线图

（a）．光谱分布带宽Δλ（nm）：

Δλ=λ2-λ1

（b）.色座标（x，y）：

表征LED（尤其是白光）的色度。

（c）.色纯Pc：

样品颜色接近主波长光谱色的程度,Pc=a/b。

（d）.相关色温TC（K）：

光源的光辐射所

呈现的颜色与在某一温度下黑体辐射的

颜色相同时，称黑体的温度（TC）为光

源的色温度。

为了求得光源的色温，需

要先求得它的色度坐标，然后在色度图

上由CIE1960UCS推导的ISO色温线求

取色温。

对于相对光谱功率分布偏离黑

体相对光谱功率分布较远的光源，用色

图10：