话说半导体照明

一、ＬＥＤ的发展自２０世纪６０年代ＬＥＤ问世以来，在相当长的一段时间里，其用途都是局限在做指示灯上，然而，随着ＬＥＤ产品的亮度从普通亮度到高亮度、超高亮度的不断提高，ＬＥＤ的用途也更加广泛，从信号指示，如电子设备的功能指示、交通信号灯等，到显示应用，如广告牌、大屏幕显示等等，到了２０世纪９０年代末，白光ＬＥＤ诞生了。

白光ＬＥＤ的诞生，给世界照明史带来了突破性上的发展，催生了一种新兴的照明产业———半导体照明，同时也引发了一场世界性的争夺半导体照明产业制高点的战斗。

与此同时，ＬＥＤ的封装形式在发展和单只元件的功率也在不断地提高。

图１是ＬＥＤ在封装形式和功率方面的进展。

二、ＬＥＤ的主要应用领域ＬＥＤ取得突破性进展的时期，即白光ＬＥＤ的诞生和发展的时期，适逢全球性能源危机日渐加剧，环保压力越来越大的时候，采用ＬＥＤ作为照明光源所独有的节能、环保、安全、长寿、高可靠等优点，使其成为世界公认的节能环保的重要途径话说半导体照明编者按：半导体照明，又称ＬＥＤ照明，是利用新一代光源发光二极管ＬＥＤ作为照明灯的全新的照明方式。

近年来，白光ＬＥＤ的技术发展迅速，目前其发光效率已超过５０ｌｍ／Ｗ，实验室研究成果为１００ｌｍ／Ｗ，目标为２００ｌｍ／Ｗ，大大超过了白炽灯，直逼荧光灯；其寿命可达５万～１０万小时，是白炽灯的５０～１００倍；其节能达到白炽灯的８５％以上。

在全球能源危机、环保压力极大的今天，半导体照明所独有的节能、环保、安全、长寿、高可靠等优点，使之倍受各国政府和企业的青睐，世界各国争相发展半导体照明这一新兴产业，一场争夺半导体照明产业制高点的战斗已经在全球打响。

作为世界第一大照明电器生产和出口国，抓住千载难逢的历史机遇，发展中国自己的半导体产业的工作正在紧锣密鼓地进行。

本文在简单介绍ＬＥＤ的发展历程的基础上，重点介绍ＬＥＤ灯，即白光ＬＥＤ主要应用领域，并列了举一些半导体照明应用的实例，以加深大家对半导体照明技术的了解，并介绍了半导体照明的市场前景膻际国内为发展半导体照明所采取的重大措施同时也希望大家都来关注和推动半导体照明这一新兴产业。

１．１９６２年，ＧＥ、Ｍｏｎｓａｎｔｏ、ＩＢＭ联合实验室开发出发红光的半导体化合物ＧａＡｓＰ。

２．１９６５年，全球第一款用锗材料做成的可发出红外光的商用ＬＥＤ诞生。

不久，Ｍｏｎｓａｎｔｏ和惠普公司推出用ＧａＡｓＰ材料制作的效率约０．１ｌｍ／Ｗ的商用红色ＬＥＤ。

３．１９６８年，利用氮掺杂工艺使ＧａＡｓＰ材料ＬＥＤ器件的效率达到１ｌｍ／Ｗ，并能发出红、橙和黄色光。

１９７１年，具有相同效率的ＧａＰ绿色芯片ＬＥＤ推出。

４．八十年代早期开发出ＡｌＧａＡｓＬＥＤ，能以１０．ｌｍ／Ｗ的效率发出红光。

５．１９９０年，开发出ＡｌＩｎＧａＰ技术，其性能比标准ＧａＡｓＰ器件高１０倍。

在１９９１年至２００１年期间，材料技术、芯片尺寸和外形方面的进一步发展使商用ＬＥＤ的光通量提高了近３０倍。

６．１９９４年，日本科学家中村修二在ＧａＮ基片上研制出第一只蓝光ＬＥＤ。

７．２０世纪９０年代后期，研制出通过蓝光激发ＹＡＧ荧光粉产生白光的ＬＥＤ。

８．近年来白光ＬＥＤ发展迅速，发光效率已达５０ｌｍ／Ｗ，实验室研究成果可达１００１ｍ／Ｗ，发展目标为２００ｌｍ／Ｗ，逼近并有望超过荧光灯。

ＬＥＤ发展的历程ａＬＥＤ封装形式的进展ｂ单只ＬＥＤ功率的进展图１ＬＥＤ在封装形式和功率方面的进展◎陆笑秋而令人们对白光ＬＥＤ充满了期待。

市场的需求促进了ＬＥＤ的飞速发展，而ＬＥＤ的长足发展又不断地拓宽着ＬＥＤ的应用范围。

下面我们就来看看ＬＥＤ的主要应用领域，并重点谈谈ＬＥＤ在照明方面的应用。

１．信号指示所有电子设备的功能指示、交通信号灯等。

２．显示应用指示牌、广告牌、大屏幕显示等。

３．照明应用⑴手电筒、头灯、矿灯、潜水灯、交通灯等。

⑵汽车用灯：高位刹车灯、刹车灯、转向灯、倒车灯、侧灯、雾灯、车内照明灯、前灯等。

⑶特殊照明：太阳能庭院灯、太阳能路灯、太阳能航标灯、小夜灯、台灯、射灯、室内装饰灯、洗墙灯、橱窗灯、画灯、景观灯、护拦灯、地埋灯、地砖灯、水底灯等。

在各种商业场所，ＬＥＤ照明更是有着极大的优势，如：中高级专卖店、商场等室内商业气氛照明：ＬＥＤ光源节能环保，它的全光谱色彩范围很适合烘托专卖店和商场的气氛，其在局部照明、重点照明和区域照明方面的优势，能营造出传统照明光源所无法比拟的高质量光环境，非常适合商业照明。

娱乐场所、美容院照明：ＬＥＤ整合的光源特性容易控制，可以创造静动态照明效果，从白光到全光谱的任意色彩渲染出强烈的娱乐气氛。

酒吧、咖啡厅等场所的气氛照明：ＬＥＤ光源体积小，可制作不同风格的ＬＥＤ灯具，其全光谱的任意色彩和动静态的照明效果将装饰性和情调表现得淋漓尽致。

博物馆、美术陈列馆等专业场所的照明：博物馆、美术陈列馆等场所对照明环境要求较高，其展示物品的特殊性要求照明光源不含紫外线，没有热辐射。

ＬＥＤ是冷光源，不含紫外线，完全可以满足博物馆、美术陈列馆对照明的特殊要求。

剧场、电视演播厅舞蹈和摄影的舞台照明：英国电视台、ＧＭＴＶ将演播室的照明改为变色ＬＥＤ，照明方面的能耗减少了６０％以上，演播室的温度也更为舒适。

旅馆、酒店、宾馆照明：酒店、宾馆运用ＬＥＤ产品，除了节能外，还尽显温馨。

会议室、多功能厅照明：智能化控制的ＬＥＤ灰阶可调，可以调整会议室或多功能厅的照明环境，以满足不同会议主题对光环境的需求。

展览会、时装表演照明：对商家而言，需要个性化的光环境来展示其产品和服务，ＬＥＤ在展览会和时装表演照明方面大有用武之地。

起居室和家庭影院照明：利用ＬＥＤ的灯光色彩可以烘托一种温暖、和谐、浪温的情调，体现舒适休闲的氛围。

大众运输照明：飞机、巴士、捷运、高速铁路等运输工具的灯具，使用ＬＥＤ照明可大幅度削减营运与维护成本，而且ＬＥＤ光源具有方向性，不会影响其他座位的乘客，做阅读灯、情境灯等相当适合。

空中巴士Ａ３８０和日本新干线车辆都采用了ＬＥＤ灯具。

⑷背光照明：普通电子设备功能显示背光源，笔记本电脑背光源，手机、数码相机及ＰＤＡ背光源，大尺寸ＬＣＤ显示器背光源等；⑸投影光源：光源照明系统是投影产品的核心之一，用户希望获得更加小巧便携，最好能够方便地随身携带、性价比更高的投影产品，而ＬＥＤ光源技术，则是最值得关注的投影新发展方向之一。

１．光通量Φ（Ｌｕｍｉｎｏｕｓｆｌｕｘ）：光通量指发光体每秒钟所发出的光量的总和。

单位：流明（ｌｕｍｅｎ，ｌｍ）。

２．光强度Ｉ（ｌｕｍｉｎｏｕｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）：光强度指发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量。

单位：坎德拉（ｃａｎｄｅｌａ，ｃｄ）。

３．照度Ｅ（Ｉｌｌｕｍｉｎａｎｃｅ）：照度是光通量与被照面之比值。

单位：勒克斯（Ｌｕｘ，ｌｘ）。

勒克斯（ｌｘ）＝流明ｌｍ／面积ｍ２，即１勒克斯（ｌｘ）之照度为１流明（ｌｍ）之光通量均匀分布在面积为１ｍ２之区域。

４．辉度Ｌ（Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ）：一发光体或一被照面之辉度指其单位表面在某一方向上的光强度密度，或人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。

单位：坎德拉每平方米（ｃｄ／ｍ２）。

５．光效：电光源将电能转化为光的能力，以发出的光通量除以耗电量来表示。

单位：每瓦流明（Ｌｍ／Ｗ）。

６．平均寿命：指一批灯至５０％的数量损坏时的小时数。

单位：小时（ｈ）。

７．经济寿命：在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至特定的小时数。

室外的光源为７０％，室内光源为８０％。

８．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。

光源色温不同，光色也不同，色温在３０００ｋ以下有温暖的感觉，达到稳重的气氛；色温在３０００ｋ～５０００ｋ为中间色温，有爽快的感觉；色温在５０００ｋ以上有冷的感觉。

单位：Ｋ。

９．显色性：光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳能）照明时颜色的偏离能较全面反映光源的颜色特性。

要正确表现物体本来的颜色需使用显色指数高的光源。

单位：Ｒａ。

ＬＥＤ照明术语应用ＬＥＤ光源的投影产品在２００３年５月举行的ＳＩＤ年会上，以其袖珍的机身引起了很大的反响。

在２００５年１月ＣＥＳ展会上，五家公司同时展出了ＬＥＤ光源的袖珍投影机。

在２００６年１月的ＣＥＳ展会上，ＬＥＤ光源成为突出的亮点。

ＬＥＤ光源在投影机方面的应用，为投影机机身小型化开辟了道路，使之更加随身化和自由化；ＬＥＤ用于投影照明，增加了投影机的寿命，改变了投影机的结构，减少了散热需求、缩短了光路系统。

目前，ＬＥＤ光源主要用于集成化小型投影原件和袖珍式小型机投影产品。

集成化小型投影原件主要是与微型显示设备如手机、数码相机、笔记本电脑集成在一起，用电池供电，可以投影约Ａ４纸或标准信纸大小的图像。

袖珍式掌上投影机则是完整独立机型，体积小巧轻便，一只手即可拿起，可放于文件包内，其发展方向是商务应用，投影画面可大于１７英寸，屏幕亮度１５ｌｍ至２００ｌｍ，随着技术的发展，显示效果还在不断提升。

ＬＥＤ光源在背投电视机产品的应用方面已有很好的实践，三星、三洋、蔡斯、爱普生、雅佳、ＪＶＣ等公司均有机型展示，ＬＣＤ、ＬＣＯＳ、ＤＬＰ显示元件均有采用，背投屏幕可达５５英寸，国内的投影机生产厂家四川维优公司的ＬＥＤ光源投影机也将在近期上市……。

ＬＥＤ光源完美的色彩表现使色彩再现性大大提高，同时小巧的体积、低功耗将使投影机实现真正意义上的随时随地投影。

小体积、长寿命、快速关机等投影机的终极诉求，通过ＬＥＤ光源都可以得到解决。

⑹工业照明⑺通用照明：通用照明领域的电力消耗占全球电力消耗的１５％～２０％，ＬＥＤ照明进入该领域，代替白炽灯和荧光灯，将产生更加显著的节能效果。

目前，ＬＥＤ台灯、ＬＥＤ射灯，以及各种ＬＥＤ灯具相继问世，有的已比较普及，只是在价格方面的优势尚不明显。

相信随着ＬＥＤ技术的发展，在性能价格比方面也会有大幅度的提升，届时ＬＥＤ在通用照明方面卓越的表现将会给我们带来更多的惊喜。

三、ＬＥＤ照明设计实例ＬＥＤ照明的出现迎合了当今世界追求效率同时又十分注重成本的需求。

尤其是在能源利用上，ＬＥＤ光源在同样的亮度下，使用寿命比普通白炽灯长１００倍而耗能仅为白炽灯的十分之一左右，日常维护成本也十分低，照明变换效果不逊传统灯具，而且ＬＥＤ光源不会对环境造成光污染，是公认的绿色环保灯具。

下面是一些ＬＥＤ照明的实例。

１．美国洛杉矶的ＶｉｎｃｅｎｔＴｈｏｍａｓ大桥美国洛杉矶的ＶｉｎｃｅｎｔＴｈｏｍａｓ大桥是当今世界少数用ＬＥＤ照亮的桥梁。

大桥高３６５英尺，离水面１８５英尺（约３５层楼高），总长６，０６０英尺，宽（道路）５２英尺，１９６３年１１月１日正式通行。

２０００年初，美国政府发布了禁止一切不必要的装饰性照明工程（包括桥梁）的规定，恰逢加州遭遇能源危机，许多照明工程被取消了。