第次LED照明的资料

第次LED照明的资料第1页/共69页LED的发展历史1965年世界上的第一只商用化LED诞生，用锗制成，单价45美元，为红光LED，发光效率0.1lm/w1968年利用半导体搀杂工艺使GaAsP材料的LED的发光效率达到1lm/w,并且能够发出红光、橙光和黄光1971年出现GaP材料的绿光LED，发光效率也达到1lm/w第2页/共69页LED的发展历史80年代，重大技术突破，开发出AlGaAs材料的LED，发光效率达到10lm/w1990年到2001年，AlInGaP的高亮度LED成熟，发光效率达到40—50lm/w1990年基于SiC材料的蓝光LED出现，发光效率为0.04lm/w90年代中期出现以蓝宝石为衬底的GaN蓝光LED，到目前仍然为该技术第3页/共69页第4页/共69页半导体材料的分代以硅Si为代表的半导体材料为第一代半导体材料以砷化镓GaAs为代表的化合物半导体材料为第二代半导体材料以氮化镓GaN为代表的宽带隙化合物半导体材料为第三代半导体材料第5页/共69页GaN半导体材料特点宽带隙化合物半导体材料，有很高的禁带宽度（2.3—6.2eV)，可以覆盖红、黄、绿、蓝、紫和紫外光谱范围，是到目前为止其它任何半导体材料都无法达到的高频特性，可以达到300GHz（硅为10G，砷化镓为80G）第6页/共69页高温特性，在300℃正常工作（非常适用于航天、军事和其它高温环境）耐酸、耐碱、耐腐蚀（可用于恶劣环境）高压特性（耐冲击，可靠性高）大功率（对通讯设备是非常渴望的）GaN半导体材料特点第7页/共69页GaN外延片生产通过MOCVD进行GaN单晶膜外延生长用蓝宝石为衬底材料用高纯氨气提供氮源用金属有机源提供镓、铟、铝源通过金属有机源化学气相沉积的方法进行生长金属有机化学气相沉积系统（MOCVD)是利用金属有机化合物作为源物质的一种化学气相淀积（CVD)工艺，其原理为利用有机金属化学气相沉积法metal-organicchemicalvapordeposition.MOCVD是一种利用气相反应物第8页/共69页方大集团于2001年9月在国内第一个

生产出GaN基LED外延片第9页/共69页6X2MOCVD设备第10页/共69页GaN基LED芯片生产通过几十道工序，将GaN外延片加工成为LED芯片，标准芯片的尺寸为0.3X0.3mm第11页/共69页GaN半导体光电器件应用蓝、绿光LED

全彩色大屏幕交通信号灯背光源、仪器仪表指示灯景观光源第12页/共69页蓝、绿、白光LED第13页/共69页室外大LED全彩色屏幕第14页/共69页LED交通信号灯第15页/共69页汽车灯具夜间装饰第16页/共69页照明第17页/共69页光电鼠标第18页/共69页背光源第19页/共69页城市建筑装饰灯光工程第20页/共69页花旗银行大厦第21页/共69页LED散热第22页/共69页散热第23页/共69页散热第24页/共69页散热第25页/共69页GaN半导体光电器件应用蓝光激光器（BLD）蓝光DVD，双面双密度容量为20G，取代现有红光DVD，是以后数字电视存储的必由之路激光打印和显示，生物医疗仪器和设备，光谱测量系统可用于军事领域，450～550nm的蓝-绿光波段对海水是透光的，所以BLD可通过空间卫星、机载平台直接用来对海底潜艇通信，大大提高潜艇的隐蔽性和保密性。这是军事部门长久渴望实现的技术手段。

第26页/共69页中国汉级核潜艇第27页/共69页索尼全球首台蓝光DVD刻录机BDZ-S7

第28页/共69页半导体照明的来临第29页/共69页火—人类的文明第30页/共69页灯—延续历史几千年第31页/共69页第32页/共69页1879年爱迪生发明白炽灯第33页/共69页荧光灯将电光源带入新天地第34页/共69页第35页/共69页

城市照明是现代化的重要标志之一。目前世界上的电能五分之一用于照明第36页/共69页优异的性能白光LED

固体冷光源，效率高，绿色环保寿命长，可以达到10万小时（连续10年）低电压工作是照明领域的又一次革命第37页/共69页白光LED的构成方式基于蓝光LED，通过荧光粉激发一个黄光，组合成为蓝光通过红、绿、蓝三种LED组合成为白光基于紫外光LED，通过三基色粉，组合成为白光第38页/共69页LED

白光照明三种方法产生白光照明三基色白光光源紫外LED激发白光光源蓝光LED激发白光光源第39页/共69页LED

白光照明红、绿、蓝三色LED合成白光优点不需要磷粉进行光转换，发光效率较高；非常好的彩色重现性缺点成本高第40页/共69页美国国家半导体照明计划从2000年起国家投资5亿美元到2010年55%的白炽灯和荧光灯被半导体灯取代每年节电达350亿美元2015年形成每年500亿美元的半导体照明产业市场第41页/共69页日本21世纪照明计划投入资金50亿日元到2007年30%的白炽灯被置换为半导体照明灯第42页/共69页欧盟的彩虹计划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第43页/共69页韩国“固态照明计划”2004年-2008年韩国政府计划投入1亿美元，企业提供30%的配套资金，近期开始实施，2008年LED的发光效率达到80lm/W第44页/共69页中国专家的呼吁我国有近百名专家（两院院士）联名向国务院呼吁，以三峡工程的5%费用，支持我国的半导体照明产业，用5-10年的时间的努力，1/3照明应用半导体照明，每年可以节约的电量1000亿度，多于一个三峡水电站的发电量（800亿度）国家启动国家半导体照明工程第45页/共69页白光LED白光发光二极管（LightEmittingDiode,LED），具有无污染、长寿命、耐震动和抗冲击的鲜明特点。具有效率高，寿命长，不易破损等传统光源无法与之比较的优点。第46页/共69页发光二极管具有下列特性:(1)体积小:可用于数组封装之照明使用，且可视其应用条件做不同颜色种类的搭配组合(2)寿命长:其发光寿命可达1万小时以上，比一般传统钨丝灯泡高出50倍以上(3)耐用:由于发光二极管是以透明光学树脂作为其封装，因此可耐震与耐冲击(4)环保:由于其内部结构不含水银，因此没有污染及废弃物处理问题(5)省能源与低耗电量:白光发光二极管为「绿色照明光源」的明日之星，因其耗电量约是一般钨丝灯泡的1/3~1/5。第47页/共69页何谓白光所谓「白光」通常系指一种多颜色的混合光，以人眼所见之白色光至少包括二种以上波长之色光所形成，例如:蓝色光加黄色光可得到二波长之白光，蓝色光、绿色光、红色光混合后可得到三波长之白光。第48页/共69页发光二极管的发光原理当PN接面加入顺向偏压时，P型区的多数载子电洞会往N型区移动，而N型区的多数载子电子则往P型区移动，最后电子与电洞两载子会在PN接面之空乏区复合，此时因电子由传导带移转至价电带后丧失能阶，同时以光子的模式释放出能量而产生光。而LED之能量是以散射光的方式释放，属于冷性发光，与藉由加热发光的白炽灯或藉由放电发光的日光灯之发光原理不同。第49页/共69页第50页/共69页光子回收式第51页/共69页目前半导体白光光源主要有以下三种方式:

一、为以红蓝绿三色发光二极管晶粒组成白光发光模块，具有高发光效率、高演色性优点，但同时也因不同颜色晶粒磊晶材料不同，连带使电压特性也随之不同。因此使得成本偏高、控制线路设计复杂且混光不易。第52页/共69页二、为日亚化学提出以蓝光发光二极管以激发黄色YAG荧光粉产生白光发光二极管，为目前市场主流方式。利用蓝光发光二极管芯片所发出的光线激发黄光荧光粉产生黄色光。但同时也会有部份的蓝色光发射出来，此部份蓝色光配合上荧光粉所发出之黄色光，即形成蓝黄混合之二波长的白光。第53页/共69页YAG螢光粉LED晶粒藍光人眼

图一日本日亚化学专利之白光发光二极管工作原理第54页/共69页利用蓝光发光二极管芯片与黄光荧光粉组合而成之白光发光二极管，有下列数种缺点:一、由于蓝光占发光光谱的大部份，因此，会有色温偏高与不均匀的现象。基于上述原因，必须提高蓝光与黄光荧光粉作用的机会，以降低蓝光强度或是提高黄光的强度。二、因为蓝光发光二极管发光波长会随温度提升而改变，进而造成白光源颜色控制不易。三、因发光红色光谱较弱，造成演色性(colorrendition)较差现象。彩色再现(性)第55页/共69页三、最后是以紫外光发光二极管激发透明光学胶中含均匀混有一定比例之蓝色、绿色、红色荧光粉，激发后可得到三波长之白光。三波长白光发光二极管具有高演色性优点，但却有发光效率不足缺点。紅藍綠螢光粉LED晶粒紫外光人眼穿透之紫外光图二紫外光激发之白光发光二极管工作原理第56页/共69页白光LED的主要构造，包含底部的GaInN蓝光LED芯片、涂布于LED芯片YAG黄色荧光粉、以及隔绝外界的环氧树脂封装。当底部的GaInN蓝光芯片接受电能的激发后，产生电子与空穴对，当电子与空穴再结合的时候，LED便发出第一发射光（蓝光）。这第一发射光可以被荧光粉吸收并转换成第二发射光（黄光），再利用透镜原理将互补的第一发射光与第二发射光予以混合以后，便得到白光。第57页/共69页半导体照明发展现状第58页/共69页发展速度超过人们的预测技术进步迅速市场的发展速度领先于技术的发展政府与民间共有热情第59页/共69页中国在此领域的发展有多家公司参与在半导体领域中与国际水平最接近，基本上与国际水平同步发展，有部分领先第60页/共69页部分领域已经应用潜水灯防爆灯高档汽车的照明灯（奔驰、宝马、奥迪A8等汽车）飞机和高档汽车的阅读灯第61页/共69页第62页/共69页已经走近我们的生活第63页/共69页已经走近我们的生活（手电筒）

第64页/共69页白光LED射灯第65页/共69页可与目前普通灯具互换的LED白光灯第66页/共69页存在的问题价格过高发光效率还不够高性价比低还不到民众普及的时刻半导体照明的寿命实际上还涉及多方面的问题，与10万小时的理论寿命有差距第67页/共69页白光发光二极管之发展与未来展望LED将逐步代现有白炽灯、代荧光灯。美国能源部也预估