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LED发展前景及现状分析

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2013-11-07 17:44:00【

  自从爱迪生发明了灯泡之后,人类就进入了用电进行照明的新时代。而在白炽灯发明近100年后,人类又迎来了照明史上的又一次革命,而引领这次革命的正是LED的发明。LED具有高效低耗、绿色环保、响应快、寿命长等优点,其对照明产业带来的冲击胜过当年白炽灯的发明。

  第一只LED由通用电气公司的研究人员于1962年发明,是一种能够产生低亮度红光的低功耗器件,但在当时价格较高。1968年,LED价格瓶颈被打破,美国孟山都公司和惠普公司开始使用性价比高的砷化镓磷化物大批量生产红色LED。这种红色LED最初大量用于替代白炽灯和氖管指示灯,随后很快又用于数码显示器。现在的LED产品系列可以提供宽泛的颜色选择空间,单个器件还可以具有多种颜色、亮度和功耗等级,并且可以提供各种独特的封装类型。除了常见的可见光LED之外,还有许许多多、各种各样的LED器件能够发出红外线、紫外线的一系列不可见光。
 

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  LED器件类型的快速发展通常都会导致革命性的应用。可见光LED不再只是用作指示灯,也用于代替几乎所有照明和标识性应用中的白炽灯和荧光灯。近年来由于LED材料科技的突飞猛进,使得LED亮度不断升高、多彩化及价格降低,故其应用领域也愈来愈广。

  除了单个器件外,其他通用LED还包括数码显示器、双色和三色LED、红绿蓝LED和闪光LED。这些LED产品的一个显著优点是寿命长,一般可以达到5万小时以上。大功率LED的亮度可以达到i05Lm/W以上,LED通过精心的系统设计,可以提供与3000K、75W等级,相当于BR-30灯泡的光线输出,功耗比白炽灯低78%。2009年12月Cree公司的LED就达到了186Lm/W,2010年1月Cree公司又突破了208Lm/W。目前,在芯片制作和封装技术上科学工作者们正在朝着白光电光当量的360Lm/W冲刺。

  在光谱的另外两端,人们研制出了一系列红外和紫外线LED。红外LED具有850nm、880nm和940nm等多种波长,采用工业标准基座和多种发光角度,可以在完全黑暗的环境中实现图像捕获,这种LED灯可以抵御环境光线和电磁干扰。紫外LED具有385nm、405nm和415nm等多种波长,与其他类似器件相比,这种LED寿命长10倍,并且提供更严格的光束角度、更高的耐用性和更低的成本。紫外LED应用包括医疗卫生杀菌、泄漏和生物危害检测控制、赝品检测和体液流动分析辨析以及荧光墨水等。

  进入21世纪后,LED的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新。LED芯片和封装不再沿袭传统的设计理念与制造生产模式,在增加芯片的光输出方面,研发不再局限于改变材料内杂质数量、晶格缺陷和位错来提高内部效率,改善管芯及封装内部结构,增强LED内部产生光子出射几率,提高光效、解决散热、取光和热沉优化设计、改进光学性能,加速表面贴SMD进程,已是业界研发的主流方向,也是封装研究的热点。近年来业界已很好地解决了SMD封装的亮度、视角、平整度、可靠性、一致性等问题,采用更轻的PCB板和反射层材料,去除较重的碳钢材料引脚,通过缩小尺寸、降低重量使产品更趋完善。SMD封装更加适合户内、户外全彩显示屏应用。

  LED产业在中国快速走热,仅2009年上半年,全国各地纷纷上马LED项目总投资预算已超过200亿元。2010年,政府将LED产业列为国家十大重点发展产业之一,由此导致中国LED产业化进程发展到一个新的拐点:产业园遍地开花;民间资本蜂拥而入,LED企业逆流上市;技术研究成果层出不穷;企业投入和营收环比成倍增长。随着国内外LED芯片企业在产业核心区域的强势布局,封装企业在背光应用的带动下,在规模和技术上将有重大突破。同时。LED应用企业深入照明细分领域,室外室内照明齐头并进。传统照明向第四代光源LED照明的转移,加快了整个照明迈向高效节能、绿色环保的步伐。

  虽然LED产业在我国欣欣向荣,大有一朝春来腾长空之势,但不可否认的是,相比于国外发达国家,我国的LED产业还处在初期发展阶段,市场LED产业化过程会有专业化、良率、技术、人才、专利、投资、渠道、标准、成本、政策诸多问题。尽管这些问题通过企业自身的努力大部分会逐步得到解决,但还需要政府部门、民间组织、企业、科研单位、专家学者以及热爱LED的朋友结成伙伴关系密切合作,尤其希望学校能够尽快开设LED技术专业课程,为国家培养出一批一流的LED封装技术人才。人才是振兴LED民族产业之本。

  在LED技术人才的培养中,LED封装技术应是重中之重。LED封装的功能主要是:机械保护,以提高可靠性;加强散热,以降低芯片结温,提高LED性能;光学控制,提高出光效率,优化光束分布等。LED封装方法、材料、结构和工艺的选择主要由芯片结构、光电/机械特性、具体应用和成本等因素决定。经过40多年的发展,LED封装先后经历了支架式(lamp-LED)、贴片式(SMD-LED)、功率型LED(Power-LED)等发展阶段,随着芯片功率的增大,特别是固态照明技术发展的需求,对LED封装的光学、热学、电学和机械结构等提出了新的、更高的要求。在各种封装技术中,大功率LED封装由于结构和工艺复杂,并直接影响到LED的使用性能和寿命,一直是近年来的研究热点。为了有效地降低封装热阻,提高出光效率,必须采用全新的技术思路来进行封装设计。

  LED产业的发展离不开专业人才的培养,而人才培养的一个首要环节是,编写出具有国际先进水平的高质量教材。