（天津三安光电有限公司天津市300384）
摘要：分析了LED半导体照明的技术优势和发展趋势，针对阻碍LED照明产业良性发展的不利因素，探讨了当前应予以重视的优化二次光学系统设计、优化散热设计、优化驱动电路设计及实现标准化和模块化设计等关键技术。
关键词：半导体；照明
近20年来，人们一直在开发新的照明光源。欧洲专门制订了COST五年行动计划，提出新型光源要符合三个条件：高效、节能；材料对环境无害；模拟自然光，显色指数接近100。随着第三代半导体材料氮化镓的技术突破和蓝、绿、白光发光二极管（LightEmittingDiode，LED）的问世，LED可望发展成为第四代光源，即半导体照明。发展半导体照明将在一定程度上缓解能源相对短缺、污染日益严重的局面，有利于国民经济可持续发展，将带动传统照明产业，创建新兴产业。因此积极研究半导体照明新技术，加快发展半导体照明产业具有重大的经济意义和社会意义。
一、半导体照明产业发展
过去十余年的发展，使LED成为了性价比有优势的生态光源，已经全面进入照明替代市场。在全球淘汰白炽灯和限制荧光灯（含汞）使用的大趋势下，全球半导体照明市场已呈现爆发式增长。技术水平快速提升当前，半导体照明技术正处于快速发展时期。2015年，国际上大功率白光LED产业化的光效水平已经超过160lm/W。根据美国能源部（DOE）2016年发布的半导体照明研发计划，2015年冷白LED器件的光效达到168lm/W，LED灯具整体光效达108lm/W；预计2016年冷白LED器件的光效将达到184lm/W，LED灯具整体光效达125lm/W，至2020年冷白LED器件的光效可以达到218lm/W，LED灯具整体光效达196lm/W；而目标是LED器件的光效达到255lm/W，LED灯具整体光效达230lm/W。而OLED的光效也在不断提升，2015年OLED面板的光效达到60lm/W，预计2017年达到100lm/W，至2020年达到125lm/W，2025年达到160lm/W，而目标是OLED面板的光效达到190lm/W。
二、体照明的优点
1.同样亮度下，半导体灯的电能消耗仅为白炽灯的八分之一，因此半导体照明的应用将大大节约能源，同时还将减少二氧化碳的排放量。我国照明用电共2292亿度。按照每年增长5%计算，到2010年，照明用电可达3225亿度以上。假如到2010年有三分之一以上的白炽灯被半导体照明技术所取代，那么一年可节约照明用电1000亿度，节省原煤0.5亿吨，减少废气及尘渣排放量约667万吨。因此用10～15年时间，投资50亿至100亿元发展半导体照明产业，相当于仅用三峡工程5%的投入，就能再造一个“绿色三峡工程”。
2.除了节能与环保外，半导体照明还具有响应速度快、无频闪、长寿命、无辐射、无电磁干扰、无有毒气体等优点。而且，该光源还具有体积小、重量轻、免维护、易控制、使用安全、光效强，以及能适应各种恶劣条件等优点。另外LED结构简单牢固，其结构中无活动和易损坏的部件，是一种全固体结构，能够经受得住振动和冲击。
三、半导体照明研究发展状况
我国LED产业诞生于20世纪70年代，起步较早。我国自主研制的第一只发光二极管，比世界上第一只发光二极管仅仅晚几个月。从1993年开始，北京大学、清华大学、厦门大学、南昌大学、中科院等高校和科研所在国家863和自然科学基金的支持下，在该领域开展了许多研究工作。我国实施半导体照明工程的战略目标是：突破一批半导体照明的关键技术、掌握一批半导体照明技术的知识产权、形成我国自己的半导体照明产业。要在推动半导体照明在城市景观等特殊照明领域应用的同时，瞄准实现普通照明的远期目标，加大解决亮度、价格等瓶颈的攻关力度，通过建设半导体照明特色产业基地和示范工程，建立半导体照明技术标准体系和知识产权联盟，尽快打造我国半导体照明新型产业。国家半导体照明工程总体目标是：抓住产业革命的历史机遇，瞄准成熟的产业技术，以近期解决市场应用和产品的性价比，中远期培育新型的大功率通用照明（白光）产业为目标，从形成一个完整产业链角度出发，体现政府引导、企业主体、市场化运作的原则，以应用促进发展，解决产业化的关键技术和原创性核心技术，形成一批专利、培育一批企业、建设一批基地，形成有自主知识产权的标准体系，最终发展成为具有国际竞争力的中国半导体照明新兴产业。其攻关计划目标是：瞄准产业化目标，以应用促发展，近期解决市场急需的产业化技术；中远期培育新型大功率白光LED通用照明产业，并在高端原创性技术方面有部分突破。
四、半导体照明关键技术
优化半导体照明二次光学系统设计优化半导体照明二次光学系统设计主要是为了提高照明品质和能源利用率。根据不同的用途，照明光源可以分为室内照明灯、室外照明灯等。不同的应用场合对照明光源的光学性能指标和光强分布有不同的要求。LED芯片作为半导体照明光源的核心，其本身就是一个近似的朗伯光源，也就是说LED芯片的光分布是通过垂直于LED发光面，并且其轴线方向以零度角的余弦分布。LED光源是一种高亮度的器件，比如100流明每瓦以上的1mm2LED芯片，如果没有进行光学处理，芯片表面的出射度要比荧光灯的出射度高3q个数量级，这就有可能会造成严重的眩光。所以，照明光源必须根据不同的需求和应用场合，针对LED光源的高亮度设计出不同的光学系统，从而对LED芯片发出的光进行适当的调整。热量会对半导体照明灯具产生影响。由于LED光源的热量主要集中在尺寸很小的LED芯片内，LED结温很容易升高，使LED芯片周围荧光粉的激射效率和LED芯片的发光效率下降，从而严重影响了器件的光学性能。所以，半导体照明灯具的散热问题是非常重要的研究课题。针对LED灯具的热量管理，除了要减少芯片层面管芯热阻，灯具的封装层面还要采用高热导率的封装材料，设计合理的热沉，以便降低灯具封装后器件的热阻。
半导体照明产业作为国家战略性新兴产业之一，发展非常迅猛，市场潜力巨大，众多企业纷纷进军半导体照明领域。由于各家企业自身现有的装备设施、工作基础和技术水平发展不均衡，也由于缺少规范统一的灯具和部件标准，造成市场上的半导体照明应用产品种类繁多、性能各异、制约了半导体照明产业的健康发展。国家相关主管部门有必要聚集国内行业龙头企业和国内外各种资源，尽快研究和开发具有一定先进性和适用性的半导体照明行业标准，引导产业朝着规格化、系列化和标准化方向发展，这样有助于降低产业设计和制造成本，提高半导体照明产品品质和可靠性，也有助于提升我国半导体照明产业发展水平和整体竞争能力。
结束语
节能与环保是半导体照明的最大特色。半导体照明是转变经济发展方式、改造传统产业、实现可持续发展的重要手段。目前，我国共有LED企业5000家左右，企业数量较多，企业规模差别较大，产品质量参差不齐，在一定程度上阻碍了产业的良性发展。应用企业要加强在系统级光学设计、系统级散热设计、LED驱动电源、LED照明产品标准化等方面的研究工作，从而提高LED半导体照明产品技术性能和品质，促进半导体照明产业的健康快速发展。
参考文献
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