半导体发光二极管的应用及前景

半导体发光二极管的应用及前景摘要：半导体发光二极管（LED）是应用最为广泛的电子元件之一，随着社会的发展和人们生活水平的提高，半导体发光二极管（LED）在人们生活中的作用也日益重要。本文首先对半导体发光二极管（LED）的发光原理、发展史、特点、分类等进行简要概述；然后对LED产业的发展现状及中国LED产业存在的劣势加以分析，接着重点介绍了半导体发光二极管（LED）在照明、显示等各方面的应用以及有待解决的问题；最后通过对中国LED产业发展机会进行分析，总结了半导体发光二极管（LED）未来的发展前景。关键词：半导体发光二极管；发光原理；应用；前景TheApplicationandProspectofSemiconductorLEDAbstract：Thesemiconductorlight-emittingdiode(LED)isoneoftheelectronicelementsusedwidely,withthesocialdevelopmentandpeople'slivingstandardsimproving,thesemiconductorlight-emittingdiode(LED)playsanimportantroleinpeople'slives.Thisarticleelaboratesthelight-emittingprinciple,thehistory,characteristic,classificationatfirst;thenanalyzestothedevelopmentpresentsituationofLEDindustryandtheinferiorityofChineseLEDindustry.Afterthat,thearticlemainlyintroducessemiconductorlightemittingdiode(LED)inlighting,displayandsoonvariousaspectsoftheapplicationsandtheproblemstobesolved;Finally,throughtheanalysisoftheChineseLEDindustrydevelopmentopportunitytosummarizetheprospectofsemiconductorlightemittingdiode(LED).Keywords：semiconductorLED;lightprinciple;application;prospect目录1.引言.........................................................12．半导体发光二极管的概述......................................12.1LED的简介..............................................12.2LED特点................................................22.3LED的分类.............................................32.4LED的发光原理..........................................42.5LED的发展史............................................43．LED产业的发展现状..........................................53.1世界LED产业的现状.....................................53.2中国LED产业的现状.....................................64.LED的应用..................................................74.1LED显示屏的应用状况....................................74.2LED在照明领域的应用....................................95.LED的发展前景..............................................135.1中国LED产业发展机会分析..............................135.2LED显示屏发展趋势....................................145.3LED在照明领域的发展趋势...............................155.42012年LED市场预测....................................156．结语.......................................................15参考文献......................................................16致谢..........................................错误!未定义书签。11.引言半导体发光二极管（简称LED）是一类可直接将电能转换为可见光和辐射能的发光器件，具有工作电压低，耗电量小，发光效率高等优点。随着社会的发展和人们生活水平的提高，半导体发光二极管在人们生活中的应用也越来越广泛。从原来只可以作为单一的指示灯到现在在照明领域中的应用，人们对半导体发光二极管的应用及发展前景十分看好，它将成为新式光源的最佳选择。本文将对LED的应用进行一些探讨，并对其发展前景进行展望。2．半导体发光二极管的概述2.1LED的简介半导体发光二极管是常用电子元件二极管中的一种类型。发光二极管又叫光发射二极管（LightEmittingDiode，简称为LED），是一种可将电能变为光能的一种器件，属于固态光源。LED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,起到保护内部芯线的作用(见图2.1)。所以,LED的抗震性能好。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[1]。2图2.1发光二极管的结构图2.2LED特点（1）发光效率高LED经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升，白炽灯、卤钨灯光效为12~24流明/瓦，荧光灯50~70流明/瓦，钠灯90~140流明/瓦。大部分的耗电变成热量损耗，LED光效经改良后将达到50~200流明/瓦，而且其光的单色性好，光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光；目前，世界各国均加紧提高LED光效方面的研究，在不远的将来其发光效率将有更大的提高。（2）耗电量少LED单管功率0.03~0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5~3.5伏，电流15~18毫安，反映速度快。可在高频操作，同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一。日本估计，如采用光效比荧光灯还要高两倍的LED替代日本一半的白炽灯和荧光灯，每年可节约相当于60亿升原油。就桥梁护栏灯例，同样效果的一支日光灯40多瓦，而采用LED每支的功率只有8瓦，而且可以七彩变化。（3）使用寿命长3采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧,热沉积，光衰减等缺点。而采用LED灯体积小,重量轻,环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和振动，不易破碎，平均寿命达10万小时，LED灯具使用寿命可达5~10年，可以大大降低灯具的维护费用,避免经常换灯之苦。（4）安全可靠性强发热量低，无热辐射，冷光源，可以安全触摸。能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光；不含汞，钠元素等可能危害健康的物质，内置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术的结合。（5）有利于环保LED为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收没有污染，光源体积小，可以随意组合。易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护，当然，节能是我们考虑使用LED光源的最主要原因。也许LED光源要比传统光源昂贵，但是用一年时间的节能收回光源的投资，从而获得4-9年中每年几倍的节能净收益期[2]。2.3LED的分类1、按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色(又细分黄绿、标准绿和纯绿)、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。2、按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。3、按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。4、按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED(发光强度100mcd)；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几4mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下(亮度与普通发光管相同)。2.4LED的发光原理发光二极管是由Ⅲ~Ⅳ簇化合物，如GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的。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PN结，因此它具有一般PN结的I-U特性，即正向导通，反向截止，击穿特性；此外在一定的条件下，它还具有发光特性。制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的空穴。由于PN结阻挡层的限制，在常态下，二者不能发生自然复合。当在发光二极管PN结上加正向电压时，空间电荷层变窄，载流子扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入N区，N区的电子注入P区。于是在PN结附近稍偏于P区一边的地方，处于高能态的电子与空穴相遇复合时会把多余的能量释放并以发光的形式表现出来，从而把电能直接转化成光能，这种复合所发出的光属于自发辐射。其示意图如图2.2。当在发光二极管的PN结上加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光[3]。图2.2发光原理图2.5LED的发展史1907年HenryJosephRound第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现5象。由于其发出的黄光太暗，不适合实际应用；更难处在于碳化硅与电致发光不能很好的适应，研究被摒弃了。二十年代晚期BernhardGudden和RobertWichard在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的的黄磷发光。再一次因发光暗淡而停止。1936年,GeorgeDestiau出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告。随着电流的应用和广泛的认识，最终出现了“电致发光”这个术语。二十世纪50年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,并于60年代面世。据说在早期的试验中，LED需要放置在液化氮里，更需要进一步的操作与突破以便能高效率的在室温下工作。第一个商用LED仅仅只能发出不可视的红外光，但迅速应用于感应与光电领域。60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED。磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮，甚至产生出橙色的光。到70年代中期，磷化镓被使用作为发光光源，随后就发出灰白绿光。LED采用双层磷化镓蕊片（一个红色另一个是绿色）能够发出