引言在當前全球能源短缺危機不斷公升高的背景下，節約能源是我們面臨的重要問題。在同樣亮度下，led（發光二極體） 電能消耗僅為白熾燈的1／10，而壽命則是白熾燈的100 倍。目前我國每年用於照明的電力約2500 億千瓦時，如果採用led 照明，每年就可節電2200 多億千瓦時，而這個數字是三峽電站年發電量的3 倍，可見led 的節能效果相當可觀 。
發光二極體led是一種可以將電能轉化為光能的固體半導體發光器件。半導體照明就是將p型半導體與n型半導體結合，通過空穴與電子的復合產生激子進而激子躍遷發光。無機發光材料可以與當今固體半導體照明匹配而產生白光。
無機發光材料
無機發光材料一般由基質和摻雜物兩部分組成，其中摻雜物包括啟用劑、共啟用劑、敏化劑和電荷補償劑等。
基質是螢光粉的主要組成部分，主要起禁錮啟用離子或吸收能量的作用。由於基質中結構和化學鍵的不同，對基質中特定發光中心的晶體場環境也不同，可以使某些發光躍遷增強或減弱，還可以使某些發光躍遷產生劈裂。因此，基質對螢光材料的發光效能有重要的影響。
目前正在研究的紅色螢光粉的基質可以分為：硫化物體系、氧化物體系、硫氧化物體系、釩酸鹽體系、鈦酸鹽體系、矽酸鹽體系、鉬酸鹽體系等。
啟用劑在螢光粉中的含量非常少，一般只佔螢光粉體系的萬分之幾到百分之幾，但啟用劑在螢光粉的發光中起著決定性作用。螢光粉中可能只有一種啟用離子，也有可能存在兩種或多種啟用離子。對於只有一種啟用離子的螢光粉，啟用離子作為發光中心存在，它與基質晶格或同離子之間發生能量傳遞。
對於有多啟用離子的螢光粉，有的啟用離子並不能起到發光中心的作用，但它可以將自己吸收的能量傳遞給發光中心，改善螢光粉的發光強度和餘輝時間；這種啟用離子稱為敏化劑。
啟用劑並不是在所有的基質中都可以作為發光中心，只是相對於某種發光基質而言的；敏化劑並不是對所有的啟用劑具有敏化作用，也只是相對於某種基質中的某種啟用劑而言的。
由於離子電荷數存在差異，啟用離子進入基質晶格後可能會引起電荷的增加後減少，並產生電荷缺陷。為了補償啟用離子進入基質晶格所引起的電荷變化，以有利於啟用離子進入基質晶格和不影響啟用離子的發光效能，常常在基質晶格中引入點和補償劑。例如在鈦酸鹽基質螢光材料中，常用的電荷補償劑一般為鹼金屬陽離子和鋁離子等。
稀土螢光無機發光材料
稀土元素的原子具有未充滿的受到外界遮蔽的4f5d電子組態，因此有豐富的電子能級和長壽命激發態，能級躍遷多達20餘萬個，可以產生多種的輻射吸收的發射，構成廣泛的發光和激發材料。稀土化合物的發光基於它們的4f電子在f-f組態之間或f-d組態之間的躍遷。具有未充滿的4f殼層的稀土原子或離子，其光譜大約有30000條可觀察到的譜線，它們的發射從紫外光、可見光到紅外光區的各種波長的電磁輻射。
稀土離子豐富的能級和4f電子躍遷效能，使稀土成為巨大的發光寶庫。稀土發光材料具有很多特點：發光譜帶摘，色純度高，色彩鮮豔；光吸收能力強，轉換效率高；發射波長分布區域寬；螢光壽命從納秒跨越到毫秒達6個數量級；物理和化學效能穩定，耐高溫，可承受大功率電子束、高能輻射和強紫外光的作用。
在現階段的led燈用無機發光材料是在基底物質上摻雜稀土離子而製成的。
led結構及發光原理（半導體照明原理）
結構：led的核心部分是半導體組成的晶元，晶元利用膠體固定在支架上，一端是負極，另一端連線電源的正極，整個晶元採用環氧樹脂進行封裝。所以方正效能較好。
發光原理：
半導體晶元主要是由p型半導體和n型半導體組成。在p型半導體裡面是地遷移率的空穴佔主導地位，在n型半導體裡面是高遷移率的電子佔主導地位。這兩種半導體之間的載流子濃度是不同的，可以產生相互擴散形成乙個過渡層，稱為p-n結；在正常條件下，p-n結中的內電廠起到勢能壘作用，可以組織電子和空穴繼續擴散而發生復合。
而當在p-n結兩端施加正向電壓時外加電場可以降低是能類區域內的電場強度，進而破壞p-n結附近載流子的動態平衡。於是電子從n區注入到p區，空穴從p區注入到n區；這樣注入的少數載流子與被注入的多數載流子發生復合，復合產生的能量就會以光子的形式散射出去。
led應用
led實現白光的三種方法及存在問題和解決辦法
一是通過紅綠藍三基色多芯組和發光合成白光，該方法的優點是效率高、色溫可控、顯色性較好，缺點是三基色光衰不同導致色溫不穩定、控制電路較複雜、成本較高。
二是藍光led晶元激發黃色螢光粉，由led藍光和螢光粉發出的黃綠光合成白光，為改善顯色性能還可以在其中加入少量紅色螢光粉或同時加入適量綠色、紅色螢光粉，該方法的優點是效率高、顯色性較好，但也存在著一致性差、色溫隨角度變化的缺點
。三是紫外光led激發螢光粉獲得白光，優點是顯色性好、製備簡單，缺點在於有紫外光洩露問題，效率較低。
目前，商用白光 led是用藍光ingan管芯幫浦浦 yag：ce3+黃色螢光粉，黃光和藍光混合以得到白光。該白光發射體系存在一定的不足，主要是二極體的工作溫度及電流改變後，管芯的藍光發射和yag：
ce3+螢光粉的黃光發射都會產生一定的波長位移，從而導致其白光發射不穩定。
為解決上述問題，國內外研究人員開始嘗試用發射350～410nm紫外光的 ingan管芯幫浦浦紅綠藍三基色混合螢光粉而產生白光，製成白光led。然而，混合螢光粉之間存在顏色再吸收和配比調控問題，使流明效率和色彩還原性受到較大影響。因此，實現單一基質中的白光發射是解決混合螢光粉不足的一條有效途徑。
我國半導體照明技術發展狀況
我國自主研製的第一只led，比世界上第一只led僅僅晚幾個月。但從總體上看，目前我國半導體led產業的技術水平與發達國家還有很大差距。大功率led封裝領域的產業化技術研究開發尚處於起步階段，競爭力不強。
而大功率led 用外延片和晶元還處於研發階段，離產業化水平相距甚遠。2023年6月17日，「國家半導體照明工程計畫」開始啟動。2023年7月3日，科技部宣布正式啟動該工程的首批50個專案。
根據計畫，到2023年後led照明將逐步取代白熾燈和螢光燈。國家***計畫「十一五」期間安排100億元資金用於發展我國led照明產業，以保證我國在該領域與國際同步發展[29]。我國相關科研和生產單位正在有針對性地加大對高亮度led高檔晶元和大功率外延片、晶元的研發工作，提高大功率led封裝技術水平和產業化程度，大力開發和推廣led應用，擴大產業化規模，逐步建立並完善led產業鏈。
展望隨著人類文明的進步，高效能、長壽命、無汞化、多元化和藝術化稱為世界照明領域的發展方向，而作為新型的固體光源的led可以滿足這一發展要求。白光led照明的耗能遠低於同等亮度的白熾燈和日光燈，使用白光led可以節約大量能源；led使用低壓電源，是一種更安全的照明光源，特別適合公共場所；而且白光led不含有汞等重金屬元素對環境友好。另外，白光led響應時間快、沒有紅外和紫外輻射、光色度純高、不以損壞、壽命長；雖然led成本較為昂貴，但就像電晶體取代電子管一樣，白光led必然會取代白熾燈和日光燈成為下一代照明光源。
半導體照明方案
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