LED结课论文

LED发光二极管灯调研报告学院：材料学院班级：材控10-1班焊接一班姓名：XXX学号：310906020107指导老师：王海燕2013年6月19日LED灯的发展和前景分析一、LED灯的发展史1907年，英国马可尼(Marconi)实验室的科学家HenryRound第一次推论半导体PN结在一定的条件下可以发出光。这个发现奠定了LED被发明的物理基础。1927年前后，俄国科学家奥列弗拉基洛谢夫（OlegVladimirovichLosev）独立制作了世界上第一颗LED。1955年，美国无线电公司（RadioCorporationofAmerica）33岁的物理学家鲁宾·布朗石泰（RubinBraunstein）首次发现了砷化镓(GaAs)及其他半导体合金的红外放射作用并在物理上实现了二极管的发光，可惜发出的光不是可见光而是红外线。1961年，德州仪器公司（TI）的科学家鲍勃·布莱德（BobBiard）和加里·皮特曼（GaryPittman）发现砷化镓在施加电子流时会释放红外光辐射。他们率先生产出了用于商业用途的红外LED并获得了砷化镓红外二极管的发明专利。不久，红外LED就被广泛应用于传感及光电设备当中。现在我们家里的电视机遥控器就是用红外LED来实现遥控的。1962年，美国通用电气公司（GE）一名34岁的普通研究人员尼克·何伦亚克（NickHolonyakJr.）发明了可以发出红色可见光的LED，他的名字也随LED的红光一起红了起来。因为何伦亚克的发明后来得到了广泛的应用，所以一般称他为“发光二极管之父”，后来也获得了N多奖项。1972年，何伦亚克的学生乔治·克劳福德（M.GeorgeCraford）踏着前辈们的脚步发明了第一颗橙黄光LED，其亮度是先前红光LED的10倍，这标志着LED向着提高发光效率方向迈出的第一步。到了20世纪70年代末期，LED已经出现了红、橙、黄、绿、翠绿等颜色，但依然没有蓝色和白色光的LED,因为只有发明出蓝光LED才可能实现全彩色LED显示.1993年，在日本日亚化工（NichiaCorporation）工作的、39岁的中村修二（ShujiNakamura）终于发明了基于氮化镓和铟氮化镓的具有商业应用价值的蓝光LED。凭借此项发明，他荣获2006年千禧科技奖！不久后，人们在蓝光LED的基础上加入黄色荧光粉，就可以得到白色光LED，利用这种荧光粉技术可以制造出任何颜色光的LED。蓝色和白色光LED的出现拓宽了LED的应用领域，使全彩色LED显示、LED照明等应用成为可能。二、LED的产业发展特点及优势优势1.LED产业发展的特点近年来，中国LED产业发展呈现如下几个特点：（1）LED产业发展迅速，特别是高亮度LED器件的增长率为50%，芯片的增长率超过100%。（2）投入增大。除政府的投入和支持外，很多企业均有较大投入，如厦门三安、山东华光、上海蓝光、大连路明、杭州士蓝明芯、扬州华夏等均增购MOCVD和前工序芯片制造设备。几个主要后工序封装企业：厦门华联、佛山国星、江苏稳润、宁波升谱、深圳鸿利公司等，近期扩大生产规模搬入新厂房，购置新设备。（3）新投资的企业数增加很多，这几年前工序企业增加6个，封装企业增加上百个，应用企业增加几百个。（4）应用产品的开发推广全方位展开，应用品种增加迅速，而且应用产品的产值也增加很多，估计新增产值约200~300亿元。（5）重视LED标准的制定和LED检测平台的建设。2.LED产业的优势作为一种冷光源，LED具有很多传统光源所不能比拟的优势。(1)不需要充气，不需要玻璃外壳，抗冲击性好，抗震性好，不易破碎，便于运输。(2)灯源单元较小，使得布灯更为灵活，而且能够更好地实现夜景照明中“只见灯光不见光源”的效果。(3)能够较好地控制发光光谱组成，从而能够很好地用于博物馆以及展览馆中的局部或重点照明。(4)理论上具有与传统光源相比更高的发光效率，理论上LED的发光效率大于200lm/W，从而具有相当巨大的节能潜力。(5)寿命更长，实验室寿命可达100000h，且光源可以频繁地亮灭，而不会影响其寿命，并且启动速度非常快。(6)可以通过控制半导体发光层半导体材料的禁止带幅的大小，从而发出各种颜色的光线，且彩度更高。(7)光源中不添加汞，有利于保护环境。(8)LED发光具有很强的方向性，从而可以更好地控制光线，提高系统的照明效率。(9)使用低压直流电，具有负载小、干扰弱的优点。三、LED技术难题理论上LED的发光效能可以高达200lm/W以上，而现有的白光LED则只有70lm/W左右，与节能型荧光灯相比还有一定差距;而且其价格与传统光源相比也有很大的劣势。1.LED芯片芯片是LED的核心，它的内部量子效率的高低直接影响到LED的发光效能，非辐射复合率则决定着芯片产热的大小。可以说只有制造出具有良好质量的LED芯片，才可能有性能优越的LED光源。为了能够尽量提高内部量子效率以及减少无辐射复合率，主要从两个方面来改善芯片质量，也就是选择合理的芯片结构和控制芯片的缺陷密度。因此如何选择合理的芯片结构，了解晶格缺陷对LED芯片发光的影响机理从而更好地控制不利缺陷的产生，也就成为了当前我们所必须面对的重要课题之一。2.封装与散热LED的封装必须要处理好：应该尽量减少光线在LED内部全反射，增加衬底基板反射率，从而使尽量多的光线能够透射出来，提高LED的外部量子效率，增加LED的发光效能。现有技术包括衬底剥离技术(Lift-off)、Flip-Chip技术等。另外，选择新型的封装材料，以减少因为紫外线照射而引起的封装材料发黄等带来的颜色变化。LED芯片结点处的温度TA直接影响到LED的寿命，因此LED的散热能力强弱就限制了LED功率的大小，以及安装使用环境的温度。3.白光LED如何能制备出具有高显色性、高发光效能的白光LED，是LED能够在一般照明中广泛使用的一个前提。对于白光LED而言，发光效能、显色性以及成本都决定着它在照明市场中的竞争力。当前制备白光LED的方法可以分为三种：红、绿、蓝(RGB)多芯片组合白光技术，单芯片加荧光粉合成白光技术以及MOCVA直接生长多有源区的白光LED技术。四、LED的应用LED作为新型、高效、节能、环保的产品，正悄然走进人们的生产生活。在许多领域都得到了广泛的应用[2-6]。1.交通指示信号在交通指挥中，要大量用到红、黄、绿色的信号灯，LED的单色性能满足这一要求。目前这一邻域的大部分灯具都是LED的产品。2.夜景照明在城市中，一些重要的建筑、商业中心、休闲娱乐场所等在夜间需要用各种不同颜色的灯光进行装饰。以前大量使用的是霓红灯，现在在政府的大力推动下，越来越多的LED产品应用到夜景照明中。如上海的东方明珠电视塔，全塔的光导点现已换成了LED灯，且夜间光彩依旧，每天因此而节约下来的电够800多户居民使用4小时。3.特种照明在一些特殊场场合，如军事和医疗上，需要光源无红外辐射和热辐射。若采用LED后则可以消除这些弊端。采用LED照明的军用车辆，能在夜间行使时更具隐蔽性和安全性。手术室的照明若采用LED则能满足不发热、无重影的良好效果。4.作为背光源在液晶电视、手机等显示屏后大多采用LED作为背光源。普通萤光灯、日光灯发光响应时间一般为毫秒级，而LED则能达到纳秒级，从而使电视图象看起来更加流畅和鲜明。并且能有效节约用60%以上的电能.5.城市道路照明LED在开始研发阶段其功率只有几毫瓦，而目前国内的很多LED产家都能生产出单灯功率超过200瓦的产品。上海、北京、杭州等城市已决意采用高效节能的LED来做为夜间道路的照明。6.电子广告牌在机场、地铁等地经常看到利用电子牌提示的相关信息、为出行的人提供相关的信息，给大家带来方便。其实这种电子牌就是利用LED来制作的。7.汽车部分以汽车內装使用包括了仪表板、音箱等指示灯，及汽车外部(第三刹车灯、左右尾灯、方向灯等)，目前欧洲系列车种包括奥迪、宝马、福斯等品牌全系列采用高亮度LED，而车厂中，丰田汽车也率先将仪表板的背光板换成高亮度LED，其他各车厂新车，也在陆续采用。若再加上前后车灯、刹车灯，交通标志等，与交通有关的市场，商机非常庞大。五、我国LED行业发展分析1.整体情况2005年4月l2日，国家半导体照明工程研发及产业联盟借2005中国(厦门)半导体照明展览会之机首次亮相。同年的11月17日，信息产业部半导体照明技术标准工作组正式成立。随着产业化联盟和标准工作组的正式成立和亮相，LED产业也开始走下通用照明的神坛，我国半导体照明产业的发展将更加规范、理性和务实。不论是从技术层面还是市场层面，我们都完全没有必要急功近利。2005年我国LED的产量已经达到262.1亿只，市场规模更是突破百亿元大关达到114.9亿元。在新兴应用市场的带动下，近些年LED市场规模快速提升同时也推动了产业快速发展。普通照明市场是LED光源的最大市场，也是LED光源的目标市场，但我们也应该清楚地意识到，LED照明产品要真正地进人千家万户，还需在技术上和成本上实现重大突破。根据中国光协光电器件分会统计和测算，2006年全国从事LED的企业约2000多家，其中外延、芯片的研发和生产单位有30多家。封装企业约600家，其中有一定规模的封装企业约100多家。应用产品和配套企业有1700多家。行业就业人员约10万人（有人统计估算约30万人左右），从LED的原材料、外延、芯片、封装、应用及相关配套件、设备仪器等，已形成较完善的产业链。2.中国LED市场状况由于LED不但具有节能、环保、寿命长三大优点外，还具有很多特点，所以应用面不断扩大，应用产品的品种也多，进入LED应用产品开发和生产的单位也愈来愈多，很多原来生产照明产品和LED产品的企业也纷纷进入LED应用产品的开发和生产。现根据LED应用产品的应用范围划分五大类，并对这些应用产品的品种和市场作些介绍和预测。（1）信息显示：电子仪器、设备、家用电器等的信息指示、数码显示、显示器及LED显示屏（信息显示、广告、记分牌）。目前市场份额有100亿元，潜在市场有几百亿元。（2）交通信号灯：城市交通、高速公路、铁路、机场、航海和江河的信号灯，现有市场份额有20亿元，潜在市场有上百亿元。（3）背光源：小于10英寸背光源，主要用于手机、MP3、MP4、PDA、数码相机和摄像机。中等面积背光源（10~20英寸），主要用于计算机显示器及监视器。大面积背光源（大于20英寸），主要用于彩电显示屏。目前市场份额有几十亿元，潜在市场有几百亿元。（4）汽车用灯：汽车内外灯、前照灯、车内仪表照明显示。目前市场份额只有几亿元，但潜在市场上百亿元。（5）半导体照明：根据现有产品的应用范围，可分为六类：1）室外景观照明：护栏灯、投射、LED灯带、LED球泡灯、LED异型灯、地埋灯、草坪灯、水底灯等，目前市场有十几亿元，潜在市场有几十亿元。2）室内装饰照明：壁灯、吊灯、嵌入式灯、墙角灯、平面发光板、格栅灯、筒灯、变幻灯等，目前市场有几亿元，潜在市场有上百亿元。3）专用普通照明：便携式照明（手电筒、头灯）、低照度照明（廊灯、门牌灯、庭用灯）、阅读灯、显微镜灯、投影灯、照相机闪光灯、台灯、路灯等，现有市场20多亿元，潜在市场有几百亿元。4）安全照明：矿灯、防爆灯、安全指示灯、应急灯等，目前市场只有几亿元，潜在市场有几十亿元。5）特种照明：军用照明灯、医用照明灯、治疗灯、杀菌灯、农作物和花奔专用照明灯、生物专用灯、与太阳能光伏电池结合的专用LED灯等。目前市场份额虽然不大，但具有很大意义和重要性，而且有很好的市场发展前景。6）普通照明：办公室、商店、酒店、家庭用的普通照明灯。虽然LED照明目前尚未正式进入该领域，但随着LED技术的突破和成本的不断下降，预计在2年内一定会逐步进入普通照明领域，其潜在市场是LED应用中最大的，具有上千亿元。3.重大工程与重点项目继2008年北京奥运会和2009年新中国成立60周年庆典等LED显示大规模应用之后，2010年上海世博会和广州亚运会等重大活动再一次全面展示了LED显示应用产品的光彩。上