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1、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Henry Round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(Oleg Vladimirovich Losev)独立制作了世界上第一颗LED。 1955年,美国无线电公司(RadioCorporation of Amer

2、ica)33岁的物理学家鲁宾布朗石泰(Rubin Braunstein)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(Bob Biard)和加里皮特曼(Gary Pittman)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

3、伦亚克(Nick Holonyak Jr.)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(Nich

4、iaCorporation)工作的、39岁的中村修二(Shuji Nakamura)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

5、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200300 亿元。 (5)重视LED 标准的制定和LED 检测平台的建设。 2. LED 产

6、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

7、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

8、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

9、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。

10、 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

11、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

12、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

13、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,

14、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

15、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(1020 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

16、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,

17、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200

18、8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。上海世博会众多场馆采用了形形色色的LED显示产品,为世博会增色不少。据不完全统计,LED显示应用行业的20余家企业参与承建了世博会开闭幕式和各个场馆的LED 显示系统建设。 此外,2010年度LED显示在各个应用领域完成了许多典型项目和重大项目。如利亚德公司承建的大亚湾核电基地综合馆视频及图像显示工程、上海三思承建的深圳地铁2号线LED综合节能照明工程等,在综合技术创新水平和应用效果方面都有突出特点。基于重大项目的带动和典型工程的应用

19、示范,LED显示工程项目在设计理念、技术创新、技术集成、工程规模、显示效果等方面都取得了显着的提升和发展。 4.我国LED产业的发展的两大困境 在整个LED产业链中,外延和芯片等上游领域占到了70%的利润。遗憾的是,这个“70%的利润”与我国绝大部分LED企业无缘。我国LED产业的现状仍然是大部分企业 集中在封装和应用等产业链中下游。 数量大国与技术小国在产业规模上,我国无疑已经成为LED大国。但是在高端技术上仍然受制于人。目前全球专利核心技术主要掌握在日本日亚(Nichia)、美国科瑞(Cree)、德国欧司朗(Osram)等巨头手中,同时,在外延片和芯片领域,美国和日本企业也处于垄断优势,中

20、国几千家LED企业中,只有几十家涉及外延和芯片的企业。 六、LED未来的发展与展望 LED作为第四代新兴光源正备受瞩目,其生产过程及产品无污染、高光效、低能耗、无频闪、启动响应快、显色性能好、能实现连续可调光等一系列独特优势,使其在道路照明中备受青睐。目前LED路灯逐步取代传统道路照明光源已经成为现实。虽然LED路灯的进一步推广普及仍有一段过程,但是它的前途是无量的。随着大功率LED(现已做到5W)制造技术的不断发展,它的亮度正逐步提高,成本也正逐步下降, LED在道路照明方面的推广普及正渐行渐近。LED应用于道路照明领域必将掀起节约能源的又一次高潮,为进一步落实“节能减排”促进经济社会发展再立新功!