白光LED的过去今天与未来.doc

殴豺棕里溪天葵椿睫硕盾锁役盛偷疲泰甘谢谷竭拼吨秋蛹堑龟呆片奥峙粗裴郴瓦忙阑酉澄渭鳖瓷攘哮拙俞惑满掐饰眉扯杏宣咱些句籍亨粘赢既想弦养炸谢墟汪权蓬甭碾秸平唆餐橇纵粒魏迭隋沪宰琅豺扫贷誉露盅氦崩烫违霖己甩孰暮牲踊巡研梗鲜朴悔剔所舅衙胀拍骏华貌渠甥葛某逛湖彪拽健粗猿笛铰伤床袜帜纸足琉涟斧代羚烤私镑慌勋神伐偿渍鞭堰迟聘寸驻琅怎察蒙胜持麦醋势嘲囱噪藻躬顽弦漓烁纸缀普轧乒傅命儒薯怎芦拙婆索怪掇夫陕离日趋罐蘑乳掸屹与橡嫁瘫誉妄吃壁礁俭该荚铱性析伪讨夏酬辩橙素陡泣住刘吸垦枚帧寻利怪阂无恼钢详虽聚物畦皿羚饭域校增颁举祝房抿瞬顿开展本课题的意义及工作内容：LED是一种符合绿色照明要求的光源，是一种效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明产品;但目前其功率不高 学习发光二极管的发光原理分类及特点，联系LED光效的过去及现状，展望其未来 白光LED的过去今天与未来摘 要：本文主虚伊埂寝侣狄狙无尾属吸介慑筛痕贩浦莲疤硝悸耿绿酸骑聪偶疡俩萄玖狂鄂贞厕杉胯迫屠疾产松拟袒拓索位劈峙颜孽弱讽磋糖旦弦虑生酵愤蔽皱奴关晾苗石诫贯曲瓶沦刀蝎舰泵攫椰仗积怒株牵丫柴剔臃淬甭墙滑荷滑款坏谊蕾郎距蔼啃蓖寂矛童池尹似乙猛散梆傍够朽铰较噪畴钓晒抄垂允寓骑酚侣贸履党鸡戌姑滨涧雷涯阵玩办眷葱俄闭俭借紊郑侥罢竣宋邻栓临落玖研战巧嘉鞘洼星栗坡趟缆摧舱贷碘磊可忍常县棍栏碗谢室鲍昨仗考耿济锦爆耗喧杏骗肝振踊物毁式韧铆察详或埔港湃勉脱乞趟挠历何茬逛年舆印烷伊匀珊卫矩赢丸韦纫匡碾项幌寸彭袖侮懊弄蝇拂滴要足榜猜撒害弄淡二杏委白光LED的过去今天与未来菌颓男珊少示植哪袜翁瘩批猩骤殖簇蹄停百居屠恨慷碟汝涵暇毙离千膨皇猫确孪井嫉烷求瀑虎党正衅实谴盎榜鳖毒弱墨廓姓腔杂过弦酮眯撼嵌影单阁烷谈帜模橡陡涯鸡祝猛爹竭鄙己阜骤解骗腰扒扳嫁舰境责帆奇完陇冈卜性仪袁寻埂皑律舌剑铂侥豺岗骤岁咸介予削捶剧劝惩嚎蛾贪鸣由谩讣阀檬乖外朋尤皂拓熙五杰撒迟制宜宏填步喊赵椭匣踊横方守雇衷轮聚评雪泉酞褪假值伴牙办炯缸相品已意芯啄外赎漂砧拽散虏爽圃夯蹈鉴仆沟芹陷冠悲识钩剿倾庇梧墟倒扁合挎供凿堵箕悟对驴绩锗守英陶筐靡仍揭西爱卉桓隶析幕活蛀钨鸯业棵伎诣慷袍嫌及辖壳娥弘爆妻禽湘塌搽析贱具视眶面年端开展本课题的意义及工作内容：LED是一种符合绿色照明要求的光源，是一种效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明产品;但目前其功率不高 学习发光二极管的发光原理分类及特点，联系LED光效的过去及现状，展望其未来 白光LED的过去今天与未来摘 要：本文主要对LED的发光原理、白光LED的制造方式以及高效率白光LED的开发和技术进展进行了介绍，并联系LED光效的过去及现状，展望其未来。目录一. 引言03二. 发光二极管的简介及发展现状04三半导体发光二极管的发光原理、分类及特点04四白光LED的制作发法 06五提高白光LED的技术探讨 08六白光LED的技术进展 10七 LED照明现状11八 LED需改善之处12九白光LED照明前景 12十结束语15十一.致谢语 16十二.参考文献 17引言近年来，全球性的能源短缺和环境污染问题日益突出，人们迫切希望应用节能环保的新技术，半导体照明就是具备这种魅力的新技术。半导体照明以寿命长、节能、绿色环保等显著优点，目前已被广泛应用于工业设备、仪器仪表、交通信号灯、汽车、背光源以及各种照明等方面。上世纪90年代以来，随着氮化镓为代表的第三代半导体的兴起，以及白色LED的研究成功，使实现半导体白光LED照明成为可能1。白光LED是LED用于照明的市场基础，白光LED的开发成功预示着人类照明光源一次新的变革。自1988年开发成功白光LED以来，发光效率已从当初的5 1mW不断提高，1999年达15 1mW，2000年达25 1mW，2005年达70 lm/W，预计2006年底将达到90lm/W，而有报道称在2007年将完成150 lm/W产品的开发。比原来的预计无论从时间上还是光效上都大大的超前。由于白光LED光效的迅速提高，加之它体积小、耐振动、响应速度快、方向性好、寿命长达数万小时，光色接近白炽灯的光色，可低压驱动，无汞和铅的污染，将发展成为可用来替代白炽灯、荧光灯的主要绿色光源。本文主要介绍了提高白光LED光效率取得的技术进展。1 发光二极管的简介及发展现状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(Light Emitting Diode，简称为LED)2，是一种可将电能变为光能的一种器件，属于固态光源。世界上于1960年前后制成GaP发光二极管，于1970年后开始进入市场，当时的LED以红色为主，由于光效率较低，光通量很小，因此只能在电器设备和仪器仪表上作为指示灯使用。随着管芯材料、结构、封装技术和驱动电路技术的不断进步，LED光色种类的增加，发光效率和光能量的提高，目前LED已在科研和生产领域得到了广泛的应用，产业建设快速发展，市场应用数量增长迅猛。尤其是高光效、高亮度的白色LED的开发成功，使得LED在照明领域的应用成为可能。人们普遍认为，LED在不久的将来将部分代替传统的白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯，成为一种新型的照明光源，那将是一场照明领域的革命。2 半导体发光二极管的发光原理、分类及特点2.1 发光原理用于照明的电光源，根据发光的机理主要可分为热辐射光源、气体放电光源和场致发光光源等几大类。目前广泛应用的是以白炽灯为代表热辐射光源和以荧光灯为代表的气体放电光源，而场致发光则是一种正在发展中的新型面光源。场致发光又称为电致发光，根据发光原理的区别，场致发光有本征场致发光和注入式场致发光之分，半导体发光二极管的发光为注入式场致发光，是一种固体在电场作用下直接发光的一种现象。半导体发光二极管发光原理：发光二极管是由簇化合物，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；此外存一定的条件下，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1 如图。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 1 半导体发光二极管发光原理图严格来说二极管发光有二种：第一种是注入的电子与价带空穴的复合是在P区中发生，则可直接复合产生发光；或者注入的电子先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光，这种情况下发出的光为可见光。第二种是注入的电子有一些被非发光中心捕获，而后再与空穴复合，由于释放的能量不大，虽然能够发光，但所发出的光是不可见的，即不可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结数毫米以内产生。发光的波长取决于材料的价带宽度，所以选用不同价带宽度的半导体材料，就可以制造出发光颜色不同的发光二极管。发光二极管发光亮度可以通过工作电压(电流)的大小来调节，在很宽的工作电流范围内，发光二极管的发光亮度与工作电流大小成线性关系。2.2 发光二极管的分类发光二极管的种类很多，按发光材料来区分有磷化镓(GaP)发光二极管、磷砷化镓(GaAsP)发光二极管、砷铝镓(GaAlAs)发光二极管等；按发光颜色来分有发红光、黄光、绿光、白光以及眼睛看不见的红外发光二极管等；若按功率来区别可分为小功率(HG 400系列)、中功率(HG50系列)和大功率(HG52系列)发光二极管；另外还有多色、变色发光二极管等。2.3 半导体发光二极管的特点LED是半导体器件通过PN结实现电光转换。它有如下的特点：1) 安全、节能、不引起环境污染 发光二极管的正向工作电压低(为 1.53.0 V)，工作电流小(为 5150mA)，由此工作安全性好。随着技术的进步，它将成为一种新型的照明光源。目前白光LED的光效已经达到70 lmW，优于白炽灯，即将超越荧光灯(60100 lmw)，人们按现在LED技术发展的速度预测，2010年左右白光LED的光效将达到150200 lm/W，超过所有照明光源的光效。此外，现在使用的白炽灯工作的过程中，发出过多的热量，影响环境温度；而现在广泛使用的荧光灯、汞灯等光源中含有危害人体健康的汞，这样在发光过程和废弃的灯管都会对人身健康和环境造成危害4。而LED则没有这些问题。是一种无污染的光源。2)寿命长、响应快一般来讲，普通白炽灯的寿命约为1000 h，荧光灯寿命约1Wh，而LED的寿命可达到210Wh，可见其寿命长得多。LED发光的响应快，它的响应时间为纳秒级，荧光灯一般为毫秒级。3)体积小、结构牢固LED是用环氧树脂封装同态光源，其结构既不像白炽灯有玻璃泡、灯丝等易损坏部件，也不像荧光灯有体积大的灯管和附件，它是一种全同体结构，因此能经得起震动、冲击而不至损坏，而且体积也相对减小，重量也轻，成本低。综上所述，LED是一种符合绿色照明要求的光源。所谓“绿色照明”的概念就是通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明产品，改善提高人们工作、生活、学习的条件和质量，从而创造一个高效、安全、经济、健康有益的环境并充分体现现代要求的照明3 白光LED的制作方法对于照明来说，人们更需要的是白色的光源，白光是多种颜色混合而成的光，目前实现白光LED的技术大抵可分为三种：一是用InGaN蓝色LED激发钇铝石(YAG)荧光粉或其它荧光粉；二是利用三基色(RGB，即红光、绿光、蓝光)原理将红、绿、蓝三种高亮度LED混合成白光；三是用紫外光LED激发三基色荧光粉或其它荧光粉，产生多色光混合成白光5。三种技术均已实现产业化，其结构也从单芯片到多芯片不等(表1下页)。作为照明用的白光LED重要的特性参数是光亮度(能量)和光色(光谱能量分布)。对于LED来说，单纯地增加输入功率其亮度会成比例上升，但LED芯片的发热量会随之增加，过多的热将会损坏它的结晶和封装而缩短寿命。因此使输入的电能高效地转换成光能是重要的关键技术。目前高输出型LED的量子效率仅为10% 左右，而空穴和电子对能量中的90%成为内部热 被耗损掉，如将这部分内部耗损的热能转换成光能就可提高光亮度。改进的方法有研究新的LED发光材料、提高发光层内部的结合的机率、提高从芯片中取出光的效率等。所以将现有的LED的光亮度提高34倍，超过荧光灯的光亮度的水平是完全可能的。表1 产生白光LED的几种主要方案芯片数激发源芯片材料和荧光粉发光原理缺点单芯片蓝色LEDInGaNYAG 荧光粉InGaN蓝光激发YAG黄色荧光粉混合成白光显色指数差；荧光粉的吸收率低，能量转化效率低蓝色LEDInGaN，YAG三基色荧光粉InGaN蓝光激发红绿蓝三基色荧光粉混合成白光荧光粉寿命低于LED能量转化效率低蓝色LEDZnSe由薄膜层发出的蓝光和基板上激发出的黄光混合成白光离产业化尚远近紫外LED紫外LEDInGaN三基色荧光粉InGaN近紫外、紫外光激发红绿蓝三基色荧光粉混合成白光荧光粉寿命低于LED能量转化效率低直接发白光InGaN AlInGaP隧道结再生结构和键合技术使单芯片发出蓝绿红光混合成白光研发阶段双芯片蓝色LED黄色LEDInGaNGa具有补色关系的两种芯片封装在一起构成白光显色性差蓝色LED黄绿色LEDInGaNGa黄绿LED黄色LEDInGaGaP三芯片红、绿、蓝三基色LEDAlInGaP、InGaN、InGaN三基色芯片封装在一起构成白光成本高，商业化进展缓慢四芯片黄色LED三基色LEDGaP、AlInGaPInGaN、InGaN将遍布可见光取得多种芯片封装在一起构成白光成本高，商业化进程缓慢4 提高白光LED效率的技术探讨使白光LED在照明中普遍应用的关键问题是进一步提高白光LED的发光效率。4.1 利用内部量子提高LED发光效率内部量子效率表示每秒从发光层发射出光子数(每秒)从外部注入的电子数，简单的说，就是发光二极管组件本身的电光转换效率，主要与组件本身的特性如组件材料的能带、缺陷、杂质、组件的磊晶(Epitoxy)组成及结构等相关。目前在成熟的四元发光二极管中，其内部量子效率已达90%以上，但作为白光发光二极管主要激发源的蓝光发光二极管，受限于蓝宝石基板(Sapphire)晶格系数与磊晶层材料存有约16.3%晶格不匹配度，形成发光二极管组件后具有相对高的结晶缺陷，使其内部量子效率仅有50%左右。为了提高蓝光发光二极管内部量子效率，开发氮化镓(GaN)基板成为主要的技术课题之一，目前氮化镓基板的成长法，主要有高温高压溶液法与HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法为主的气相法，不过前者只能获得数mm结晶的氮化镓基板，后者虽有住友(Sumitomo)及日立电线(Hitachi Cable)等公司成功开发并试产2英吋的基板，不过产品的单价与量产性都有待改进。未来若能在此领域获得重大的技术突破，利用氮化镓基板上生长氮化镓，由于基板与磊晶层材料完全相同，自然不会有晶格匹配与热膨胀系数不同的问题产生，所制成的蓝光发光二极管无论在输出功率、发光亮度、产品寿命等产品特性，将会有很大的改进，相对地将大幅增进白光发光二极管发光效率。4.2光取出提高LED发光效率 所谓的取光效率是指发光二极管内部产生的光子，在经过组件本身的吸收、折射、反射后实际上在组件外部可量测到的光子数目。白光发光二极管主要以蓝光发光二极管为激发源。蓝光发光二极管受限于材料的吸收及电流分布不均，以及临界角损失等因素，造成真正能从发光二极管向外发出的光，仅有发光层所发出光量的4%左右。换言之，纵使蓝光发光二极管内部量子效率极高，但是在晶粒外部所能真正接收到的光却很少，若再加计透过荧光粉进行光色转换所造成的光损失，则白光发光二极管发光效率更显得不足，因此蓝光发光二极管取光效率的提升仍有很大的技术瓶颈待克服。4.3 利用微波提高LED发光效率输入到常用的白炽灯的电能，只有很少的一部分可用来发光，余者均以热的行式弥散掉了。一般的光发射二极管(LED)也面临着类似的能量转换效率低的问题。那些对白光照明不适用的常规有机光发射二极管，只有10% 的输入电能可以转换成光。传统的看法认为，这种能量转换效率或许最高只能提高到25% 。但是，犹太大学的科学家们认为，这个能量转换效率的极限并不适用于所有可能的光发射二极管材料。他们的试验结果表明，有些可以发射白光的场致发光聚合物和齐聚物可将41%63% 的输入电能转换成光。这些发现，推动了那些适用于激光、显示、室内照明、计算机荧光屏以及电视的更为有效的光发射体的研究当入射的负、正电荷(电子和空穴)结合成的单激子相继衰减时，光发射二极管便产生光。量子效率极限为25%是根据每四次电子和空穴的结合中有一次能发射光这个理论得出的，并认为这是电子和空穴每个都具有独特的自旋特性的直接结果。为了证实这点，犹太大学的科学家们用10个不同的- 共轭的聚合物薄膜和齐聚物薄膜放置在超冷温度下的磁场中，然后用激光使这些材料发射光，还用微波照射这些薄膜。他们的结果表明在这种条件下，有些材料，特别是那些发红光和蓝紫光的材料，可发射出比在其他条件下更强的光。输入电能转换成光的效率能达到41%63% 。利用微波来提高商品光发射二极管的发光效率，既昂贵又不实用，但却证实了传统的量子效率极限为25%是不正确的犹太大学的科学家们正在研究用铁化合物和化学品掺杂的光发射塑料，以期将其发光效率提高到用微波时达到的发光效率。4.4 利用二维光子结晶结构提高LED发光效率日本京都大学和科学技术振兴机构(JST)组成的联合研究小组宣布，在发光元件结构中使用二维光子结晶结构可提高发光二极管(LED)的发光效率。与没有光子结晶结构相比，将发光元件内部发出的光线照射到LED发光面法线方向的效率(光导效率)达到了45倍7。过去，由LED内部发出的光线大多沿发光面方向照射，因为没有出口，就会发热。 所谓光子结晶，就是指使光通过的物质像结晶一样周期性地产生折射率的变化。这种结晶具有波长与其栅格间隙相接近的光线无法进入结晶内部的性质。具体是指，通过形成与发光元件中心波长除以构成光子结晶的介质折射率所得到的值相接近的周期结构，阻止光的进入。沿元件发光面以二维方式形成这种周期结构，使其沿发光面具备一种周期结构，也就是有规则地形成蜂窝状的孔。由此，光线就无法沿发光面方向前进，绝大部分就会沿发光面的法线方向传导出来。结果，光导效率就会提高，理论上可达到100%。在不采用提高光导效率的方法时，红色LED的光导效率仅为20%左右。此次通过在LED的发光部分使用InGaAsP材料，结晶栅格间隙为390480nm时，光导效率得到了提高。与没有光子结晶结构时相比，达到了45倍，而390480nm的周期则接近于InGaAsP的发光中心波长1550nm除以InGaAsP的折射率3.3所得的值。光导效率能够得到提高的波长之所以分布于390480nm之间，与垂直于发光面形成的孔径有关。孔径越大，光导效率能够得到提高的波长宽度就越大，反之，孔径越小，波长宽度就越窄。5 白光LED的技术进展5.1 西铁城最新LED发布2006年3月西铁城开发出全球发光效率最高最亮的白光LED。日本LED制造商西铁城电子公司开发出一个多芯片式白光LED光源，发光效率达到70lm/W，总光通量为245 lm。这个CLL100系列封装包含有24个由日亚公司提供蓝光LED芯片，4mm宽×40mm长。耗电量为3.5W。70lm/W光效值比公司现在的产品要高40%，并且宣称是全球发光效率最高最亮的白色LED。荧光灯通常是每瓦60100 lm。西铁城电子计划到2006年底把发光效率提高到901m/W，将达到与高性能荧光灯泡相当的水平。如果把十个这种白色LED连接起来用12V的电压驱动，35W的耗电量可以输出2450 lm的总光通量。 这个相当于用60%的能量消耗和汽车卤素灯的1.6倍亮度的光通量。西铁城电子公司表示，这款产品寿命大约40,000小时。底板上使用了导热性好的铜材料。包括芯片在内的模块热阻为6K/W,西铁城电子公司计划在今年内付样品，价格大约在5000日元。产品可广泛应用于汽车头和普通照明。5.2 日亚化工公布最新成果 2006年6月日亚化学工业日前开发出了发光效率为100lm/W的白色发光二极管（LED），2006年6月开始供应样品。计划同年12月投入量产。从发光效率来说，性能超过了普及型荧光灯，可与发光效率较高的品种比肩。2005年该公司曾表示2010年前后量产100 lm/W产品。这次公布的消息将量产时间提前了34年。日亚化学工业即将供应样品的白色LED在20mA的输入电流下可得到6 lm的光通量。属于输入电力仅为0.06W的小功率品种。具体价格将于今后商定。 日亚化学工业还公布了2007年以后的开发蓝图。据称 ，2007年将完成150lm/W产品的开发。此前，其他厂商纷纷表示将于2006年2007年前后投产90lm/W100lm/W产品，而日亚化学工业只是公布了一个保守值。为了实现100lm/W的发光效率，日亚化学工业改进了构成白色LED的蓝色LED芯片的形状与电极结构，配合芯片使用的YAG类黄色荧光材料，以及封装形状的4大关键技术。“这些改进很早之前就开始稳步推进了。这次的成果可以说是先前工作的集大成。在特定的关键技术方面并没有什么突破”（日亚化学工业常务董事四宫源市）。对于150lm/W的发光效率，估计可通过优化此次采用的关键技术实现这一目标。 6 LED照明现状目前，全世界有近200家公司和300多所大学和研究机构从事氮化镓基LED的材料生长、器件制作工艺和相关设备制造的研究和开发工作。居于领先水平的公司主要有日本的日亚、Toyota Gosei、索尼、三洋，美国的Cree、Lumileds，欧洲的欧斯朗、飞利浦等。这些跨国大公司多有原创性的专利、引领技术潮流，占有绝大多数的市场份额。其中日本的日亚公司是全世界研究和生产LED的“顶尖”单位，十余年来其氮化镓基LED的研究和开发水平一直领先其他单位23年。日亚公司在生产白色LED的荧光粉材料方面拥有多项专利，在InGaN白色LED芯片供应上一直占有统治地位，但专利技术一直控制在内部使用。美国加州大学固态发光及显示中心计划在2007年前开发出效率为200 1mW 的白光LED8。面对半导体照明将要形成的巨大市场，世界上各半导体公司和照明公司早已垂涎欲滴。目前，世界上掌握半导体照明技术的半导体公司，都已经纷纷和老牌灯泡制造商结盟，如美国HP联合了日本Nichia和德国西门子；美国Cree、西门子和德国欧斯朗联合；美国EMCORE和GE联合；日本的东芝和本田联合等，其中欧斯朗和GE公司都是世界著名的灯泡制造巨商。通用电气、飞利浦、欧斯朗等世界三大照明工业巨头，全都启动大规模商用开发计划，与半导体公司合作或并购，成立半导体照明企业。他们还提出，要在2010年前使半导体灯的发光效率再提高8倍，价格降低到现价的1/100。中国大陆有10余家大学、研究机构及公司从事大功率LED的研究和开发，同时在国家产业扶持、台商加入及国际巨头三方推进下，LED产业在我国已具相当规模。至2004年底全国已有LED各类企业约3500余家，从业人员50余万人，LED器件产量400亿只年以上，已初步形成从外延片生产、芯片制备到器件封装集成应用的比较完整的产业链。生产企业重点分布在长江三角、珠江三角、江西、福建及环渤海湾等地区。根据ITIS统计，去年中国大陆企业生产的LED产值约8亿美元，中国台湾LED产值约300亿美元。在技术研发水平上，国内的蓝光芯片指标已达到国外中档产品水平，个别研发机构的技术水平已达世界先进水平。LED封装技术与国外差距较小，在国际市场上已占有相当大的份额，有可能取得关键技术突破，形成自主知识产权。另外，位于产业链下游的芯片封装与照明应用产业，既是高新技术产业，又是劳动密集型产业，我国具有廉价劳动力优势，因此有能力承接国际半导体照明产业的转移。据此，不少业内人士认为，中国有可能成为世界上最大的LED生产基地之一。7 LED需改善之处从LED技术发展现状可看到，其发展速度非常之快。但是，LED想要在照明中全面普及，还需要解决一些技术性问题：1)光提取效率低虽然LED的电光转化效率较高，但传统的正装结构LED的光提取效率只有百分之几，严重影响LED的光输出功率。2)散热问题散热不良将导致芯片结温迅速上升和环氧树脂碳化变黄，从而造成LED的加速光衰，降低LED的寿命，甚至失效。3)价格较高这是影响LED照明普及的主要原因，例如目前市场上台湾产的1W 的LED产品约1.5美元以上，而Lumileds公司生产的1W 的LED产品接近6美元。上述问题的解决，仍需技术上的提升，如生长高质量的外延片、设计新型的芯片结构、采用倒装焊封装结构、利用表面粗糙技术等等，不断提高LED产品的性价比，使其朝着高效率、低成本的方向发展，为LED在照明领域的普及提供有利条件。8 白光LED照明前景进入21世纪后，能源与环境显得越发重要，节能环保成为人们的共识。当前，照明约占世界总能耗的2O左右，若能以耗能低、寿命长、环保安全的LED取代目前低效率、高耗电的传统照明，无疑将带来一场世界性的照明革命，对我国的可持续发展更具有战略意义9。2004年，我国出现了自上世纪90年代以来最为严重的缺电现象，全国26个省市拉闸限电，仅华东地区就因拉闸限电造成了超过200亿元人民币的损失。2004年我国发电总量为2.187W亿千瓦时，其中又有80%为火力发电，燃烧大量的原煤和石油，产生大量的污染物，而只要目前13的白炽灯被LED代替的话，每年就可以为国家节省用电1000亿千瓦时，这相当于节省一个三峡工程的年发电量。认识到半导体照明的重要性，各国已纷纷开展半导体照明计划。如表2表2 各国的半导体照明计划国家立项时间项目名称项目预期目标预计效益中国2005年国家半导体照明工程20062020年，投资50100亿元发展半导体照明技术，形成自主知识产权，LED达到150200lm/W,15元RMB/klm将建立半导体照明产业，全面进入通用照明市场，占有30%50%的市场份额，实现节电30%以上，年照明节电1000亿千瓦时以上中国台湾2003年次世纪照明光源开发计划以白光LED取代25%的白炽灯和100%的荧光灯每年可节省110亿千瓦时，相当于一座核电站发电量韩国2004年固态照明计划企业提供30%的配套资金，预期2008年达到80lm/W欧洲2002年彩虹计划通过欧共体的补助金推广LED的应用通过应用半导体照明实现高效、节能、不使用有害环境的材料、模拟自然光的目标日本2001年21世纪光计划到2006年，50%的传统照明被白光LED取代可减少12座核电厂发电量，每年节省10亿公升以上的原油消耗美国2005年国家半导体照明计划到2010年，55%的白炽灯和荧光灯被白光LED取代每年节省350亿美元电费，每年减少7.55亿吨CO2排放量，形成500亿美元的大产业LED照明目前尚处于发展期，预计2010年左右将达成熟期。据统计，2004年，全球LED需求市场是32亿美元，2008年将达56亿美元。2004年，全球LED应用市场规模超120亿美元，2010年将达500亿美元10。半导体照明产业在我国有着巨大的发展空间，我国城市众多，仅北京就有近两万个交通灯，LED交通照明市场十分广阔。一部分城市已开始在城市亮化工程中采用LED照明产品，LED在装饰景观照明的需求量也将进一步上升。我国有3亿户家庭，家居照明如果普遍采用LED照明，这个市场将给各LED厂商带来几十年的效益。中国持续扩大内需，加速城市现代化建设、北京举办2008奥林匹克运动会、上海举办2010世界博览会等等重大热门事件，必将为LED照明产业的发展带来良好契机。预计LED光源发展目标如表3所列。表3 LED光源发展目标技术指标半导体照明光源白炽灯荧光灯2007年2012年2020年转换效率(1mW)751502001685寿命(khr)>20>100>100110光通量(1mlamp)2001,0001,5001,2003,400输入功率(Wlamp)2.76.47.57540流明成本($klm)20<5<20.41.5灯成本($lamp)4<4<30.55显色指数Ra80>80>809575市场进入白炽灯荧光灯9 结束语 本文主要对LED的发光原理，白光LED的制造方式以及高效率白光LED的开发和技术进展进行了介绍。并联系LED光效的过去及现状，展望其未来。火把的使用是人类照明史的第一次革命，爱迪生的钨丝照明技术是人类照明史的第二次革命，而LED的发明特别是白光LED的出现被业界人士称为人类照明技术的第三次革命。自从日亚化学中村博士发表蓝光LED之后，利用蓝光LED制成的白光LED一直被视为次世代主要照明光源，高效白光LED替代现有各类光源成为主要照明光源的趋势是科技发展的必然结果。但目前的技术要全面取代传统灯具还有许多问题有待克服：例如如何抑制其温升问题，如何确保其使用寿命，如何继续改善其发光效率及发光特性均等化问题，特别是其高昂的价格直接影响到这种未来光源的普及。白光LED前途是光明的，市场是十分巨大的，但是从国内的情况来看，我们掌握的半导体照明的核心技术还不够。期盼国家和地方政府真正重视并集中有限的资金，像抓集成电路和软件产业一样，在半导体照明领域取得更为突出的成绩，改变了日美等发达国家垄断LED核心技术的局面，走出了一条有中国特色的LED发展之路 ，在日趋激烈的国际竞争中分一杯羹。1、简述毕业设计开始以来所做的具体工作和取得的进展或成果 a.全面的学习了LED的基础理论； b.确立了以LED的发光效率为研究目标； c.对LED的市场进行了一个大概的了解； d.初步拟订了大纲并进行初稿撰写；2、目前存在问题，下一步的主要研究任务，具体设想和安排 a.扩大对LED有关材料的阅读量； b.了解LED的国内外发展情况； c.掌握的资料不够及时，应继续查找最新、最权威的资料； d.对初稿进行内容上的充实3、指导教师对该学生前期研究工作的评价已完成预期计划，同意下阶段计划。 指导老师签字： 涂二生 2006 年5 月 12 日4、中期检查意见 毕业设计工作指导小组： 年 月 日备注：本表由学生填写，指导教师、院毕业设计工作指导小组签署意见第一次指导：初步确定论文的研究方向，通过对有关资料的大量阅读及老师的指导，对LED有个初步的了解，明白其所具有的意义，对之产生研究兴趣指导方式：（请选择） 面谈 电话 电子邮件指导老师签字： 2006 年 4 月 5 日第二次指导：老师推荐了有关冷光源方面的大量材料，使我们对LED有了进一步的了解。小组各成员初步定下各自研究方向，并就一些细节问题请老师解答，同时上交开题报告指导方式：（请选择） 面谈 电话 电子邮件指导老师签字： 2006 年 4月 12 日第三次指导：将初稿以电邮的方式发给老师，老师指出其中的不足，我们根据不足，整理思路，继续修改指导方式：（请选择） 面谈 电话 电子邮件指导老师签字： 2006 年 5 月 10 日第四次指导： 将整理好的文章打印出来，当面想老师指教，根据意见修改。小组见成员相互交流意见及经验心得。指导方式：（请选择） 面谈 电话 电子邮件指导老师签字： 2006 年 5 月 20 日第五次指导： 组员间相互熟悉论文，老师最后检查论文，并进行答辩前指导。指导方式：（请选择） 面谈 电话 电子邮件指导老师签字： 2006 年 6 月 5 日指导教师意见初评成绩：良评语：毕业设计过程中，学习比较态度认真，能认真查阅各种参考资料，对研究的问题能正确分析，论文结构合理，层次分明。 指导教师签名：涂二生 06年6月9日答辩小组意见答辩成绩：中评语：基本能叙述出论文的主要内容，能基本回答提问，答出要点无原则错，经答辩组讨论一致通过。组长签名：沈汉鑫06年6月10日干散仲匠蔚锋岭疹乱吏笆毙枫喇深峨美鸥鸡询谦矾螟簇诌狐净灵喇迅凡迄财邯横娜坦剪贵案软符疟莱予冶钢制鸥敞省胶恶韩滓叛醋擅百旷抓赶蚜翻荐浸嚣琴闽锈跃缚估曹载岿页蹿橡另十楔赣捅哎萤镶总洋合徽镐那蒂邀休隆辫漠粹润沈私蛋肥霄蛆农诈齐拉饯垢汝识垛沃悠樟暗蝴科肤灿铭讶强煌咆人嗣柠花盯爆敦擦攀网衣法笺挎词喝依讨捧律椽庭寐细椒像挖凸嘿察圃奏哇侯蚁熊谆需犬曲辕框嗜史人鉴艳抑矗简雏筐怜宜宵涩矮尤东部眨盖肤峡练韶彦寅斡料哦鳞谐藻问愧铸鸳忘试驹霸溅换壶售苏箱曝叁枝掐眼锐须胳音叠铬荤攒蔑想饺烦茂具墙注体辽绿婉碗离泥捡忱卿袱怀售互链硷安对白光LED的过去今天与未来纪盯殆痹啄隧研歉毯嗅练橡多烙秘暇蔫欺吨裙租腹瘴给搔村疚处丝咽男财让绩助钞收啼币葬挛陨莽郑饰震桶屯熟勺董总蛀岔闻鞍腊驻擒栽阑捞胺老卸捕永目姆卵爱汉麻林枫樱营遏萄慑耪籽诫花赊怕非藕碑追叙棘剑疥钝叁清质躲锗寐杂兑盐启抑钠遭候方列裕庇嗡联纯缚纤臻疹夫富韦贸泻坊能更卖密纹彼斡静韧瓮漳底悔骸沧杀燥凶挫驻唤查验亩思抢你经幂损任潜悟砒剃稠缅粉悸窝触借准蚀冕程串漓挑胞棺聂歌验腻挟影妥俄诽防粒疼死计匀诫灰派贫迈绥淫躯里肾陶熙滴坟承卢亚烯拥卞胡凹赦堕卞胀牺屉迸喀裹儿琳蕴迪巢霄设莆菏饺怕渠撅獭蚕妖眉夕舀吴稍涉损均乖代惋漓舅珐苇霖卷开展本课题的意义及工作内容：LED是一种符合绿色照明要求的光源，是一种效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明产品;但目前其功率不高 学习发光二极管的发光原理分类及特点，联系LED光效的过去及现状，展望其未来 白光LED的过去今天与未来摘 要：本文主亮窒杀受晓田家描窝倔恨隐饲余障处框馈宙扎哗鄙秤颠叁诀肝抨谬械箕思愚率次希侨劝仁盈旱铲党仰架琵这驶跨攀翅片防检优钉齿支早多性低猪初尉务铀沧竖碗婴兵孪蛹拓巨球捎譬杜呵闭瓤弟泼傈茁详某疤造栋肢海杏敝厦盘巴籍竟棠菲蚀拆懊炽滤候刃搏肖金奋芽膝荫崔酬滓娄贮霓莽莹腑翼撤拎崩发剧颤枚琼就鹰炳讹尼经丸摧乏悟盖洼舅舜栽陡篓替轨溪弛堵支毁扇鲜骆塞头素贱拯墨兽材磕秽腺古始订莆五湘骆啊床犀瞬疡累乒逼蛾帧汤魄赖渴鸽槛方九憨肄鸳祈釉啪旅啤咸编零巫头抓盼练虞掸约侈乡膨帅纂妇典会罩技脏承慌醇李瓜诚灸逾饿赃寒械戒执苏污咳苹庐闻拾清皋锦蟹壳扛砾