Einführung in LEDs
1. Grundlegende Einführung in LEDs
LED, kurz für „Light Emitting Diode“, ist ein Halbleiterbauelement, das elektrische Energie in Licht umwandelt. Der Kern einer LED ist ein Chip, der aus Halbleitern vom Typ p- und n{2}} besteht. Zwischen beiden bildet sich ein p-n-Übergang. Wenn injizierte Minoritätsträger mit Majoritätsträgern rekombinieren, wird überschüssige Energie als Licht freigesetzt und dadurch elektrische Energie in Licht umgewandelt. Chips aus unterschiedlichen Materialien können Licht in verschiedenen Farben aussenden, beispielsweise Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett, daher der Name „Leuchtdiode“.
Im Vergleich zu herkömmlicher Beleuchtung bieten LEDs erhebliche Energieeinsparungen und sind derzeit die fortschrittlichste Beleuchtungstechnologie der Welt. Sie gelten als eine der größten Erfindungen der Menschheit seit Edisons Erfindung der Glühbirne.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil von LEDs ist ihre Umweltfreundlichkeit. Da es sich bei LEDs um Festkörper-Lichtemissionsgeräte handelt, enthalten sie kein Quecksilber. Daher führt ein Bruch während der Herstellung und Verwendung nicht zu einer Umweltverschmutzung durch giftige Metalle.
2. LED-Anwendungen und -Klassifizierungen
Inmitten der globalen Energiekrise, HalbleiterLED-Beleuchtung, das sich durch sein energiesparendes, umweltfreundliches, farbenfrohes, sicheres, langlebiges und miniaturisiertes Design auszeichnet, gilt weltweit als dritte Beleuchtungsrevolution in der Geschichte der Menschheit. Mit den Fortschritten in der LED-Technologie werden ihre Anwendungen kontinuierlich erweitert und erweitert, mit Anwendungen in der LCD-Hintergrundbeleuchtung, Allgemeinbeleuchtung, Signalanzeigen, Verkehrsampeln und Automobilbeleuchtung.
3. LED-Verpackung und Produktklassifizierungen
Unter LED-Verpackung versteht man den Prozess der EinkapselungLED-Chipund Halterung mit Materialien wie Epoxidharz oder Silikon. Konkret geht es darum, den LED-Chip und andere Komponenten auf einer Halterung oder einem Substrat anzuordnen, zu befestigen und zu verbinden, die Verdrahtungsanschlüsse zu verlängern und sie dann mit einem lichtdurchlässigen Dielektrikum aus Kunststoff einzukapseln und zu sichern, um eine dreidimensionale Struktur zu bilden. Dies sorgt für Schutz des Chips und Wärmeableitung.
Derzeit gibt es hauptsächlich Arten von LED-Geräten, die direkt eingesetzt werden (Lampe) und oberflächenmontiert werden (SMD). Unter diesen weisen SMD-Produkte im Vergleich zu Lampenprodukten viele einzigartige und hervorragende Eigenschaften auf, wie z. B. hohe Montagedichte, kleine elektronische Produktgröße, geringes Gewicht, Einsparung von Material, Energie, Ausrüstung, Arbeitskräften, Zeit usw. Im Einzelnen sind dies:
(1) niedrige Lötstellendefektrate, gute Hochfrequenzeigenschaften und reduzierte elektromagnetische und Hochfrequenzstörungen;
(2) hohe Zuverlässigkeit und starke Vibrationsfestigkeit;
(3) einfach zu automatisieren, die Produktionseffizienz zu verbessern und die Kosten um 30–50 % zu senken;
(4) Das Volumen und das Gewicht von SMD-Komponenten betragen nur etwa 1/10 der herkömmlichen Plug-{3}}-Komponenten. Im Allgemeinen wird nach der Einführung von SMT das Volumen elektronischer Produkte um 40–60 % und das Gewicht um 60–80 % reduziert.
Derzeit werden SMD-LEDs hauptsächlich in der Hintergrundbeleuchtung, Beleuchtung und anderen Bereichen eingesetzt. Basierend auf dem Verpackungstyp werden SMD-LED-Produkte in die Kategorien Chip, Oberseite, Seitenansicht und Hochleistungs-LEDs unterteilt. Oben-, Seitenansicht- und Hochleistungsprodukte verfügen hauptsächlich über weißes Licht und hohe Helligkeit und werden hauptsächlich zur Hintergrundbeleuchtung (z. B. Mobiltelefone und Computer) und Beleuchtung (z. B. Innen- und Außenbeleuchtung) verwendet. Daher umfassen High-End-SMD-Verpackungen in der Regel Produkte von oben, von der Seite und mit hoher Leistung, insbesondere Produkte mit weißem Licht und hoher Helligkeit. Der inländische Markt für Durchsteckgeräte ist im Wesentlichen gesättigt, wobei die Gewinne jährlich sinken. Der Wettbewerb bei SMD-Geräten der unteren Preisklasse wird immer härter, während Produktionskapazitäten für SMD-Geräte der mittleren bis oberen Preisklasse nach und nach freigegeben werden, was zu erheblichen Preisschwankungen führt.
4. LED-Klassifizierung nach Farbe und Anwendung
LEDs gehören zur Kategorie der optoelektronischen Halbleitergeräte und werden nach Farbe in monochromatische LEDs, Vollfarb-LEDs und weiße LEDs eingeteilt. Weiße LEDs werden hauptsächlich zur Hintergrundbeleuchtung und Beleuchtung eingesetzt und haben ein breites Anwendungsspektrum. Die Klassifizierung und Anwendungsbereiche verschiedener Farb-LEDs sind wie folgt:
Mit der zunehmenden Lichtausbeute von Weißlicht-LEDs wird Halbleiterbeleuchtung in großem Umfang in Mobiltelefonen, Hintergrundbeleuchtungen, Spezialbeleuchtungen und anderen Bereichen eingesetzt und wird nun auch in die Allgemeinbeleuchtung ausgeweitet. Laut „US Semiconductor Lighting Development Blueprint (OIDA 2002.11)“ (Quelle: „China Semiconductor Lighting Industry Development Yearbook (2008-2009)“) soll die Lichtausbeute von Beleuchtungs-LEDs bis 2012 150 lm/W und bis 2020 200 lm/W erreichen und damit alle Beleuchtungsbereiche durchdringen. Derzeit liegt die Lichtausbeute von Weißlicht-LEDs bei etwa 120 lm/W. Die kontinuierliche Verbesserung der Lichtausbeute von Weißlicht-LEDs ist zu einem Schlüsselfaktor für die Weiterentwicklung der Weißlicht-LED-Technologie geworden. Bisher wurde kein Produkt gefunden, das sich besser für die Halbleiterbeleuchtung eignet als Weißlicht-LEDs.
5. Überblick über die Entwicklung von LED-Anwendungen
Bereits 1907 entdeckten Menschen das Phänomen, dass Halbleitermaterialien unter Spannung Licht aussenden. Allerdings dauerte es bis in die 1960er Jahre, bis rote LEDs aus dem Verbindungshalbleitermaterial GaAsP kommerziell erhältlich waren. Aufgrund ihrer extrem geringen Lichtausbeute und hohen Kosten wurden sie damals nur als Signalanzeigen in verschiedenen teuren elektronischen Geräten verwendet.
Seit den 1990er Jahren, mit der schrittweisen Verbesserung der LED-Lichtausbeute und -intensität und der Ausweitung der Lichtfarbabdeckung über das gesamte sichtbare Spektrum, sind die Energieeinsparungen und praktischen Vorteile vonLED-LichtQuellen haben zunehmend an Bedeutung gewonnen und ihre Anwendungsbereiche erheblich erweitert. Derzeit werden LEDs häufig in LCD-Hintergrundbeleuchtungen, großen Außenbildschirmen, Lichtquellen für die optische Kommunikation, Ampeln, Bühnenbeleuchtung, Landschaftsbeleuchtung und Autorücklichtern verwendet und halten nach und nach Einzug in traditionelle Beleuchtungsanwendungen wie Straßenbeleuchtung, Innenbeleuchtung und Autoscheinwerfer.
6. Entwicklung der globalen LED-Verpackungsindustrie
Die Entwicklung der globalen LED-Verpackungsindustrie ging mit der Weiterentwicklung der LED-Industriekettentechnologien einher und zeigt einen klaren Trend zum industriellen Transfer. Die fünf größten LED-Unternehmen der Welt: Nichia und Toyoda Gosei aus Japan, CREE und Lumileds aus den USA sowie Osram aus Deutschland repräsentieren das höchste Niveau der LED-Technologie und sind führend in der Entwicklung der LED-Industrie.
In den 1950er Jahren wurde in Großbritannien die erste moderne LED (Light Emitting Diode) erfunden. Im Jahr 1962 leistete General Electric in den Vereinigten Staaten Pionierarbeit bei der Entwicklung der ersten praktischen sichtbaren Leuchtdiode. In den 1970er Jahren kamen gelbe und grüne LEDs auf. Mit dem Aufkommen neuer Materialien und Verbesserungen der Lichtausbeute stiegen auch die Leistung und der Lichtstrom einzelner LED-Lichtquellen rasant an. In den folgenden Jahrzehnten entwickelten sich LEDs rasant weiter und folgten dem Mooreschen Gesetz, bei dem sich die Helligkeit alle 18 Monate verdoppelte. In den 1990er Jahren führte die Entwicklung blauer LEDs durch die japanische Nichia Corporation zur erfolgreichen Entwicklung weißer LEDs, wodurch die Anwendung von LEDs von der einfachen Beschilderung bis zur Beleuchtung erheblich ausgeweitet wurde.
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie überwinden LEDs Probleme wie Lichtabfall, Wärmeableitung und Lichtausbeute und werden als neue energiesparende und umweltfreundliche Lichtquelle mit überlegenen wirtschaftlichen und sozialen Vorteilen und umfangreichen Anwendungsaussichten anerkannt. Regierungen auf der ganzen Welt widmen diesem Thema zunehmend Aufmerksamkeit. Um Energie zu sparen und den Umweltschutz zu fördern, beschleunigen viele Länder derzeit die Gesetzgebung, starten entsprechende Forschungs- und Anwendungsprogramme oder legen klare Zeitpläne fest, um den Einsatz energiesparender Lichtquellen zu fördern. Im Juli 2001 startete das US-Energieministerium die Next-Generation Lighting Initiative (NGLI), auch bekannt als „Next Generation Lighting Initiative“. Japans 21st Century Lighting Initiative ist ein nationales Programm, das vom Japan Metal Research and Development Center und der New Energy and Industrial Technology initiiert und organisiert wird
Entwicklungsorganisation (NEDO). Im Juli 2000 implementierte die Europäische Union das Rainbow-Projekt (Bringing Color to LEDs) und richtete die Generaldirektion Forschung (ECCR) ein, um die Förderung von Weißlicht-LED-Anwendungen durch das BRITE/EURAM-3-Programm der EU zu unterstützen. Als Reaktion auf den weltweiten Trend zur Energieeinsparung und zum Umweltschutz hat das südkoreanische Ministerium für Handel und Energie das „GaN Optical Semiconductor Development Program“ ins Leben gerufen, um die Forschung an Weißlicht-LED-Beleuchtungsquellen auf Basis von GaN-Materialien voranzutreiben. Seit dem Jahr 2000 hat China kontinuierlich zahlreiche Richtlinien zur Unterstützung von LEDs eingeführt und 2009 das LED-Beleuchtungsförderungsprogramm „Zehn Städte, zehntausend Lampen“ ins Leben gerufen, um die LED-Industrie kräftig weiterzuentwickeln.
Dank der starken Unterstützung durch Regierungspolitiken weltweit, der globalenLED-Industriehat eine breite Anwendung in verschiedenen Bereichen und ein schnelles Wachstum erlebt. Derzeit konzentriert sich die globale LED-Verpackungsindustrie hauptsächlich auf Regionen wie Japan, Taiwan, die Vereinigten Staaten, Europa, Südkorea und Festlandchina. Japan, die Vereinigten Staaten und Europa gehören mit ihren Vorteilen in fortschrittlicher Industrietechnologie und Fertigungsausrüstung zu den ersten Regionen, in denen sich die LED-Verpackungsindustrie entwickelt hat. Taiwan und Südkorea verfügen über eine vollständige Industriekette für Unterhaltungselektronik mit einer klaren Arbeitsteilung in den Upstream-, Midstream- und Downstream-Sektoren sowie einer stabilen Versorgung und Vermarktung, was zu ihrem schnellen Wachstum in den letzten Jahren geführt hat. Festlandchina mit seinen Kostenvorteilen und dem schnell wachsenden Markt für LED-Anwendungen verzeichnete im letzten Jahrzehnt einen stetigen Zufluss von LED-Verpackungskapital aus Ländern auf der ganzen Welt, darunter auch Taiwan, und zahlreiche Länder errichteten dort Verpackungsfabriken. Inländische Verpackungsunternehmen sind mit zunehmend ausgefeilten und innovativen Technologien weiter gewachsen und haben sich weiterentwickelt, was das chinesische Festland zu einer der am schnellsten wachsenden Regionen für LED-Verpackungen gemacht hat.
LED-Verpackungen sind sowohl technologieintensiv als auch kapitalintensiv. Aufgrund der Kostenvorteile auf dem chinesischen Festland und des schnell wachsenden Marktes für LED-Anwendungen strömen internationale und taiwanesische Verpackungshersteller in Scharen auf das Festland, um Fabriken zu errichten und dabei von der Nähe zu unterstützender Ausrüstung und dem Endmarkt zu profitieren. Dies hat ein nachhaltiges und schnelles Wachstum der LED-Verpackungsindustrie auf dem chinesischen Festland ermöglicht und sie zu einem bedeutenden globalen LED-Verpackungsstandort gemacht. Dies hat nicht nur den Marktanteil des chinesischen Festlandes im weltweiten LED-Verpackungssektor erhöht, sondern auch die LED-Verpackungstechnologie der Hersteller auf dem chinesischen Festland verbessert und so die rasante Entwicklung der gesamten Branche beschleunigt. Chinas Verpackungsindustrie hat zunächst vier große LED-intensive Regionen gebildet: das Perlflussdelta, das Jangtse-Flussdelta, die Fujian-Jiangxi-Region und den Bohai-Rand. China hat sich zu einem wichtigen globalen Standort für LED-Verpackungen entwickelt.
7. Entwicklungstrend der LED-Verpackungsindustrie
(1) SMD-Verpackungen werden nach und nach zur Hauptform der LED-Verpackungen
SMD-LEDs im SMD-Gehäuse für die Oberflächenmontage haben sich zu einem heißen Entwicklungsschwerpunkt entwickelt, der die Probleme von Helligkeit, Betrachtungswinkel, Ebenheit, Zuverlässigkeit, Konsistenz usw. effektiv gelöst hat. Es werden leichtere Leiterplatten und reflektierende Schichtmaterialien verwendet, es muss weniger Epoxidharz in die reflektierende Schicht des Displays eingefüllt werden und die schwereren Stifte aus Kohlenstoffstahlmaterial werden entfernt. Durch die Reduzierung von Größe und Gewicht kann das Produktgewicht problemlos um die Hälfte reduziert werden, wodurch die Anwendung perfekter wird. Es eignet sich besonders für verschiedene Hintergrundbeleuchtungsprodukte mit kontinuierlich abnehmender Produktdicke sowie Vollfarbdisplay-Anwendungen im Innen- und Halb-{3}}Außenbereich.
Die SMD-LED-Verpackung weist bestimmte technische Schwierigkeiten auf, die sich in Folgendem widerspiegeln:
Erstens, wie man die Gerätestruktur gestaltet und die Kombination von Verpackungsmaterialien optimiert, um die Lichtausbeute des Geräts zu verbessern und dafür zu sorgen, dass die Lichtverteilungskurve den Anforderungen entspricht. Eine gute Verpackungsform kann nicht nur den Nutzungseffekt von LED-Chips verbessern, sondern Unternehmen auch dabei helfen, eine Produktdifferenzierung zu erreichen. Kontinuierliche Forschung an SMD-Gerätestrukturen hat zu einer kontinuierlichen Weiterentwicklung von Gerätestrukturen geführt, was zur Entstehung spezieller Geräte für Nischenmärkte geführt hat, wie etwa ovale LEDs für Outdoor-Display-Anwendungen und seitlich emittierende LEDs für kleine LCD-Hintergrundbeleuchtungen.
Zweitens ist eine effektive Wärmeableitung entscheidend für die Verbesserung der Gerätezuverlässigkeit. Ein hoher thermischer Widerstand in LED-Geräten erhöht die PN-Übergangstemperatur des Chips und führt zuLED-LichtAbbau. Die Wärmeableitung ist die größte technische Herausforderung bei der LED-Verpackung. Kontinuierliche Forschung in dieser Schlüsseltechnologie hat Verpackungsmaterialien bereichert und weiterentwickelt, wodurch der Wärmewiderstand der Geräte erheblich reduziert und die Lebensdauer der Geräte grundsätzlich sichergestellt wird.
Die Verpackungstechnologie für weiße LEDs ist zu einem zentralen Schwerpunkt- und Forschungsgebiet der Branche geworden. Fortschrittliche Verpackungstechniken verbessern die Kontrolle über Parameter wie Farbtemperatur, Farbkoordinaten und Farbwiedergabeindex (CRI). Das Ergebnis sind hochwertige weiße LEDs, die den unterschiedlichen Anforderungen unterschiedlicher Märkte gerecht werden und in der Massenproduktion einen äußerst gleichmäßigen Farbwiedergabeindex (CRI) erzielen. Dies stellt für jeden Hersteller eine erhebliche technische Herausforderung dar.
(2) Hintergrundbeleuchtungs- und Beleuchtungsprodukte werden zur treibenden Kraft für das anschließende schnelle Wachstum des LED-Marktes
Mit dem rasanten Anstieg der Durchdringungsrate von LED-Hintergrundbeleuchtung in großen LCD-Panels und der unerwarteten Entwicklung des LED-Beleuchtungsmarktes wird die gesamte LED-Branche eine beschleunigte Wachstumsdynamik erleben. LED-Hintergrundbeleuchtung und LED-Allgemeinbeleuchtung sind zwei Bereiche mit dem schnellsten Wachstum. Hintergrundbeleuchtung und Beleuchtung werden zur treibenden Kraft für das anschließende schnelle Wachstum des LED-Marktes.
8. Marktnachfrage nach LED-Hintergrundbeleuchtung
LED-Hintergrundbeleuchtungumfasst eine kleine-Hintergrundbeleuchtung, eine mittelgroße-Hintergrundbeleuchtung und eine große-Hintergrundbeleuchtung. Kleine-Hintergrundbeleuchtungen werden hauptsächlich in Mobiltelefonen, MP3-, MP4-, PDA-, Digitalkameras, Videokameras und Fitnessgeräten verwendet. mittelgroße Hintergrundbeleuchtung wird hauptsächlich in Notebooks, Netbooks, Computerdisplays und Monitoren verwendet; Die große-Größe wird hauptsächlich in LCD-Fernsehern verwendet.
Die Anzahl und Leistungsanforderungen der LED-Hintergrundbeleuchtung für LCD-Bildschirme unterschiedlicher Größe sind wie folgt:
9. Marktnachfrage nach LED-Beleuchtung
LED-Beleuchtung bietet gegenüber herkömmlicher Beleuchtung Vorteile wie Energieeinsparung, Umweltschutz, kurze Reaktionszeit und lange Lebensdauer, was sie zu einer idealen alternativen Lichtquelle macht. Derzeit sind LEDs relativ teuer, was ihrer breiten Verbreitung entgegensteht. Da jedoch die LED-Kosten allmählich sinken und sich Regierungen weltweit für die Förderung von Energiesparmaßnahmen und den weltweiten Ausstieg aus Glühlampen engagieren, bietet die LED-Beleuchtung enorme Entwicklungschancen. Der LED-Beleuchtungsmarkt kann hauptsächlich in Landschaftsbeleuchtung im Freien (Leitplankenbeleuchtung, Strahler, Rasenbeleuchtung usw.), allgemeine Innenbeleuchtung, dekorative Beleuchtung, Spezialbeleuchtung (Straßenlaternen, Taschenlampen, Scheinwerfer, Leselampen usw.), Spezialbeleuchtung (Militär, medizinische Beleuchtung, biomedizinische Beleuchtung usw.) und Automobilbeleuchtung eingeteilt werden.
Mit dem Glühlampenverbot ergeben sich Marktchancen für LED-Lampen unter 10W. Derzeit macht die Beleuchtung 19 % des weltweiten Stromverbrauchs aus und verbraucht insgesamt 2.651 Terawatt-Stunden Energie. Durch den Ersatz bestehender Lichtquellen durch energieeffiziente - wird eine Energieeinsparung von 30 % erwartet. Durch die weitere Integration energieeffizienter Beleuchtung mit Sensoren, Smart Grids und anderen Anwendungen können möglicherweise weitere 30 % eingespart werden.
https://www.benweilight.com/industrial-lighting/led-high-bay-light/6000k-led-warehouse-lighting.html
FAQs
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