LED照明发展与未来论文

LED照明发展与未来周仁双交通运输（1）学号：201040130104班号：88摘要：近年来，我国LED行业发展迅速，在国家政策的支持和下游应用需求的带动下，形成了较为完整的LED产业链体系。LED产业链包括上游的衬底、外延片和芯片，中游的封装以及下游的照明、显示和背光源等应用。从产业链各环节看，如今，LED照明已经超越背光源成为LED市场增长速度最快的应用市场。可以预见在不久的将来，公共道路，家庭照明将全部由LED代替。关键词：发光效率高压LEDCOB封装技术引言:在如今倡导节约型社会里，节能节电的LED不可避免的会取代传统的照明灯具，比如白炽灯，钠灯将会推出历史的舞台。但是，虽然LED照明灯有很多的优点，但是现如今的技术还没有成熟。制约它的发展会是什么呢？LED回来的发展会是什么样的呢？LED的结构及发光原理早在半世纪以前，人类就已经研究出半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。二、LED光源的特点1.电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。2.效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%3.适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境4.稳定性：10万小时，光衰为初始的50%5.响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级6.对环境污染：无有害金属汞7.颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色8.价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。一、发光效率不断提高和产品质量稳步提升目前发光效率正以年均15%的速度稳步提高，有望达到并超过200lm/W，估计达到200lm/W的白色LED将于近两三年面世。以整体LED照明市场来看，虽2011年渗透率仅6.6%，但未来成长潜力大。各国于LED照明发展纷纷推出相关政策及优惠措施，其中，2015年日本计划LED占一般照明市场将达50%、南韩为30%、中国大陆为20%，为达上述2015年目标，在此之前数年将先达阶段性任务；另外，LED本身技术不断进展，以美国DOE所订定目标来看，2014年白光LED组件发光效率将达200lm/W，且价格将降至约$2/klm，而厂商技术进程将超越上述数值。二、制造成本的降低和销售价格的下调LED的价格将以年均30%或更高的速度下降。届时，LED照明走进千家万户也将水到渠成。随着LED芯片技术的提升，LED发光效率提高后，单颗LED芯片所需的成本不断下降。同时，上游投资带动的大规模产能释放，引发较强的市场竞争也将带动芯片价格下降，这有效推动LED照明产品成本的下降。主流LED照明产品成本结构中灯珠成本占比约为40%、驱动电源为30%、机械/散热材料为20%，其余成本约为10%左右。可见灯珠成本、驱动电源和机械/散热材料成本基本占总成本90%左右，是影响LED照明产品成本的主要因素。未来随着上游原材料价格的进一步下价格，LED照明产品有望加速对传统白炽灯、节能灯照明产品的替代。三、高压LED将成为未来一个重要方向高压LEDs(HVLEDs)有两大优势，一是有效降低了LED照明灯具的成本和重量，二是大幅降低了对散热系统的设计要求，这将解决照明市场的最大技术障碍。它的VF高电压、IF小电流的工作条件完全颠覆了传统的低压LED(LVLED)的VF低电压、IF大电流的工作要求。LED照明灯具由于采用HVLEDs的SOP而有可能降低发热，灯具结构造型有可能更加趋向节省散热材料、大于270度发光、低成本、轻重量等。而且高压LED芯片组的高电压、小电流，与通用的低压LED的低电压、大电流的工作环境相比，HVLEDs工作时发热明显降低；HVLEDs只需要高压线性恒流源就能很好的工作，高压线性恒流电源无变压器、无电解电容器解决了低压LED的驱动电源和电解电容器的寿命问题。四、COB封装技术的日趋成熟COB封装有三点技术优势：低成本、应用便利性和设计多样化。目前COB封装的球泡灯已经占据LED灯泡的40%左右的市场，日本及国内很多企业都开始走COB封装模式。从成本和应用角度来看，COB成为未来灯具化设计的主流方向。COB封装的LED模块在底板上安装了多枚LED芯片，使用多枚芯片不仅能够提高亮度，还有助于实现LED芯片的合理配置，降低单个LED芯片的输入电流量以确保高效率。而且这种面光源能在很大程度上扩大封装的散热面积，使热量更容易传导至外壳。在成本上，与传统COB光源模块在照明应用中可以节省器件封装成本、光引擎模组制作成本和二次配光成本。在相同功能的照明灯具系统中，总体可以降低30%左右的成本，这对于半导体照明的应用推广有着十分重大的意义。在性能上，通过合理地设计和模造微透镜，COB光源模块可以有效地避免分立光源器件组合存在的点光、眩光等弊端，还可以通过加入适当的红色芯片组合，在不降低光源效率和寿命的前提下，有效地提高光源的显色性(目前已经可以做到90以上)。在应用上，COB光源模块可以使照明灯具厂的安装生产更简单和方便。在生产上，现有的工艺技术和设备完全可以支持高良品率的COB光源模块的大规模制造。随着LED照明市场的拓展，灯具需求量在快速增长，我们完全可以根据不同灯具应用的需求，逐步形成系列COB光源模块主流产品，以便大规模生产。五、LED驱动电源发展趋势1.下游产品向室内照明发展，行业将逐渐细分。例如家居照明，酒店照明，珠宝照明，服装照明，广告照明等，行业细分的好处就是让产品更加贴合实际应用，凸显出LED在各类照明中优势。2.LED照明芯片流明度技术的提高，对产品功率要求降低。3.LED驱动电源产品逐步向模块化、智能化方面发展。4.市场从目前以国内为主，逐步转变为以国际为主。六、室内照明市场的快速启动与发展当前LED室内照明产品的形态和功能没有跳出传统照明产品的思维和模式。产品单一，仍以替代白炽灯的球泡灯和替代荧光灯的LED管灯为主。LED有别于传统光源，有着体积小、响应快等特点，但也有光谱组成不连续，单个光源光通量不高等特点。在室内照明设计中，LED与传统光源应该是相互补充，优势互补，而不是相互替代、谁革谁的命的关系。所以，LED的“内在”特点品质决定外在“形态”，不应当是传统光源的替代形式。LED室内照明将凸显三大特色：1.智能化照明控制：利用智能化控制可以根据环境变化、客观要求、用户预定需求等条件而自动采集照明系统中的各种信息，并对所采集的信息进行相应的逻辑分析、推理、判断，并对分析结果按要求的形式存储、显示、传输，进行相应的工作状态的信息反馈、控制，以达到预期的效果。LED的控制灵活、响应快、结构小巧等特点与智能化控制系统的有力结合体现出LED的特点。2..丰富多彩的功能性照明：人们对照明环境的要求和从事的活动密切相关，照明要满足人们不同视觉功能的需要。例如，在家居生活中，聚会时需要明亮的灯光；在欣赏古典音乐或轻音乐时，需要柔和的灯光。自然光从早晨、中午、傍晚不同色温，对人们的生理、心理有很大的影响。3..建筑一体化的照明方式：照明产品与建筑材料融为一体，使得建筑物的一部分变为照明灯具的一部分。建筑一体化的照明方式是在建筑物的里面采用埋入、嵌入等方式隐藏安装上光源或照明灯具，充分利用建筑物的表面反射或透射，展示建筑物的形态、颜色等。这种方式不但隐藏各种照明管线或设备管道，而且可使建筑照明成为整个室内设计装修的有机组成部分，达到室内空间完整统一的效果。七、模块化是必经之路目前，国内LED产品种类繁多、性能各异、互换性差，这制约了半导体照明产业的健康发展，如何让LED产业向规格化、系列化、标准化发展，提升LED照明产业整体竞争能力，这成为LED企业首要解决问题。为此，广东省半导体照明产业联合创新中心开始“标准光组件”项目的建设，国内有100LED企业共同参与。标准光组件项目的意义何在：首先，任何产业或行业抓住了标准制定就抢占了产业发展制高点，就能主导产业链的发展，坐享产业链的最大收益；其次，标准光组件标准的战略的试试将使广东省在半导体照明产业在新一轮的产业竞争中脱颖而出，抢占市场先机，随着标准光组件标准像国家和国际标准的推广和展开，将使广东省半导体照明企业的市场和技术能力空前倍增。在未来的10年中，打造若干个千亿级中国的“飞利浦”照明企业，实现“十三五”半导体照明产业规模超万亿的目标。综上看来，LED照明的时代已经快要到来了，希望我国在这方面的研究能走在世界的前面。有自己值得骄傲的名族品牌参考文献：张枫《LED发展现状及趋势》