LED技术和应用前景讲座课件

LED技术和应用前景讲座LED技术和应用前景讲座LED技术和应用前景讲座LED技术和应用前景

2010年10月日12021/2/21LED技术和应用前景

2010年10月日22021/2/21

主要内容

LED———健康环保节能光源

LED前沿技术与亟待解决的问题LED的应用前景

32021/2/21

LED—健康环保节能光源LED点亮了2008北京奥运42021/2/21

LED—健康环保节能光源北京奥运昭示LED通用照明世代的到来52021/2/21

LED—健康环保节能光源LED点亮了2008北京奥运北京奥运昭示LED专用照明世代的到来62021/2/21全球最大LED示范区－上海世博轴阳光谷6个40米高的阳光谷和800米长的张拉膜组合而成

72021/2/21上海世博轴阳光谷LED展现“祖国好”82021/2/21全球最大LED显示屏广州亚运会上帆宽25米高24米，下帆宽28米高26米，显示总面积达8000平方米，是目前世界上最大的LED显示屏

92021/2/21

半导体照明是以发光二极管(LED)

为光源的新型固态光源照明，已经在专业照明领域显现出节能效果。景观照明（替代霓虹灯）节能70%;

交通信号灯（替代白炽灯）节能90%；

中小尺寸BLU(替代CCFL)已广泛使用……LED发光效率已远高于白炽灯，超过日光灯和冷阴极荧光灯，正进入占全球电力消耗

15-20

％的通用照明领域.在全球追求健康，环保压力，能源危机极大的情况下，半导体照明已被世界公认为一种健康节能环保的重要途径，正以更快的速度拓展其应用范围。LED—健康环保节能光源背光板

冷阴极萤光灯管102021/2/21

LED光源的健康/环保/节能优势热辐射小无汞无有害气体无频闪健康环保

无紫外线辐射节能

直流低压工作无高频/高压变换损耗光效率较高且提升空间大节能不易破碎亮度可无级调节使用寿命长电子垃圾少无电磁辐射LED—健康环保节能光源112021/2/21

无

频

闪

我们将电光源的光通量随交流电源电压周期性交变而变化，

引起的亮暗强弱闪动谓之频闪。

据英国剑桥大学医学研究中心阿诺德۰威尔金（A·Waling

）博士

国际照明委员会维也纳总部J.斯切德（J.Schanda）教授

对教学、办公、生产、生活等环境的频闪研究表明：“这种频闪现象是客观存在的，

并长期潜移默化地危害人们健康和人的视觉系统”LED—健康环保节能光源122021/2/21无频闪欧洲照明委员会（EuropeanCommission）为此，专门发布了《90/270/EC指南》强调必需解决和降低灯具的频闪效应解决引起人们偏头痛和视觉神经系统病变白炽灯、荧光灯、三基色荧光灯、节能灯由交流高压供电，均存在不同频率的频闪。

LED灯具由低压直流供电，故不存在频闪效应。LED—健康环保节能光源132021/2/21无紫外线辐射白炽灯、荧光灯、三基色荧光灯、节能灯都有不同程度的紫外线辐射中国医科大学皮肤病与皮肤美容研究所李宏远博士研究表明在日光灯下工作、学习所吸收的紫外线——相当在阳光下暴晒一小时紫外线辐射会直接破坏人体免疫系统，杀伤白细胞损害核酸与蛋白质的化学键引起遗传基因（DNA）变异甚至癌变

而LED光源的光谱为可见光范围，无紫外线辐射LED—健康环保节能光源142021/2/21无电磁辐射

荧光灯、三基色荧光灯、节能灯均工作在高频高压状态

都不可避免地带来不同程度的电磁辐射

据英国剑桥大学医学研究中心阿诺德۰威尔金（A·Waling

）博士

国际照明委员会维也纳总部J.斯切德（J.Schanda）教授

研究表明电磁辐射可能

导致心悸、失眠

、白细胞减少、记忆力减退，

使心血系统、神经系统受损

而且电磁辐射伤害是累积的

而LED光源在直流/低压状态下工作，无电磁辐射LED—健康环保节能光源152021/2/21节能光源

商场用灯LED与白炽灯/荧光灯经济/技术数据比较条件：高度——

4m

照度——

45Lx

光通量——1600～2000lm

选用

：LED灯40W荧光灯80W白炽灯400W

重要因素—

寿命：

LED灯＞40000h荧光灯80W≤4000h白炽灯400W≤1000h

LED路灯10年只需要安装1次

荧光灯

10年需要更换9次

白炽灯10年需要更换40次LED—健康环保节能光源162021/2/21商场用LED灯与白炽灯/荧光灯经济/技术数据比较项目白炽灯荧光灯LED灯光源功率（W）4008040一次价格（RMB）20.0080.00500.00寿命（h）≤1000≤4000≥500001年更换次数（次）4.381.0950.0876光源总价（RMB/年）87.6087.6043.80电费商场用电时间（h）以12h/天计算，4380h/年年耗电量（KW.h）1752350.4175.2电价（元RMB/KW.h）1.08（商业用电价）年电费（元RMB）1892.16378.43169.22年费用合计（元RMB）1979.76466.03213.02LED—健康环保节能光源172021/2/21

主要内容

LED—健康环保节能光源LED前沿技术与亟待解决的问题LED的应用前景

182021/2/21

LED产业链LED产业链上游外延-芯片提高导热率，出光率，抗静电；降低Vf，成本中游封装材料，工艺，性能下游灯具，工程光，机，热，电192021/2/21

LED科技路线图Source:Ledsmagazine1.美国CREE(克雷）2.美国Lumileds（流明）3.德国欧司朗-OSRAM4.日本Nichia（日亚化学）5.韩国首尔半导体公司(Seoul）202021/2/21

前沿技术－LED芯片光通量12mil7mil6mil8mil150µm175µm200µm300µm20mil30mil40mil500µm700µm1000µm价格&每片光通量上升；成品率下降212021/2/21EvolutionofEfficiency前沿技术－大晶片发光效率051015202530354019981999200020012002200320042005ExternalQuantumEfficiency[%]0246810121416182022OpticalPower@20mA[mW]Standardextr=25%ATONextr=52%NOTAextr=60%ThinGaNextr=75%int=44%Source:Osram222021/2/21前沿技术－白光色温控制232021/2/21前沿技术－白光色温控制

世上的颜色，都在“舌形图”内，或边缘(单色)。边缘的数字是单色的波长。图中一条“弓形线”是色温线，标有色温。与色温线交叉的是“等温线”，此线上的(相关)色温都相同。色温线上每一个色温都有等温线。最左边的直线，是色温“无穷大”等温线，再左边(兰色区)就无色温了。1000K左右偏红色，1500K到3000K偏黄色，以后黄色越来越淡，4500K起蓝色逐步增加，10000K后颜色带青。当YAG:Ce的色坐标靠近绿光区域时，InGaN芯片和YAG:Ce的色坐标连线与各等相关色温线的交点，随着色温的降低而偏离黑体轨迹逐渐增大。这表明偏绿光的YAG:Ce不适合于封装中低色温的白光LED，因为如果封装中低色温的白光LED将会使白光LED的色坐标在黑体轨迹上方偏离较大，这样显色性差。同理，当YAG:Ce的色坐标靠近橙光区域时，它不适合用于封装高色温的白光LED，这样封装出的白光LED的色坐标同样会在黑体轨迹下方偏离较大。因此，需要根据所需封装的白光LED色温相应地选取适当色坐标的荧光粉，通过调节荧光粉的使用量来使封装后白光LED的色坐标尽量靠近黑体轨迹，使其符合国际电工委员会规定的标准

242021/2/21前沿技术－园片级封装自成透镜，低成本，集成度高Rickylee,HKUST252021/2/21前沿技术－材料导热材料金属石墨BeO陶瓷纳米材料封装材料－硅胶应力消除(-40to200oC)高温稳定性耐湿气 物理特性，热膨胀系数 Tg固化温度 硬度 折射率（1.4~1.6)粘度，固化时间荧光粉专利效率，多基色，色温漂移262021/2/21前沿技术－大功率LED封装光通量（瓦数）发光效率（节能）散热（材料，界面）色温（显色指数，视觉）光型（灯具应用）成本(原材料及生产成本）可靠性（光率，抗UV，ESD，机械强度）可应用性（二次光学，SMT）272021/2/21

大功率LED封装趋势光效最优光通量最大每瓦成本最低应用型小型化高性能芯片，材料，工艺多芯片282021/2/21目前商品化LED发光效率不高

导致在要求功率/亮度一定的条件下：

——

需要LED芯片较多

（如42”/860组左右）

——

静态功率比CCFL下降不大

（如韩国三星42”样机静态功率/

210W）

——

芯片成本较高

（LED-BLU-TV整机相当CCFL的1.5～2倍）

LED亟待解决的问题292021/2/21

参数离散性大

由于LED-BLU全屏亮度和显色性的一致性要求在同一TV-BLU内在恒压源的条件下，电流应一致在恒流源的条件下，电压应一致同时要求：亮度：基本上相等中心波长：基本上相同（≤±1nm）

并与LCD彩色滤光膜的中心波长一致现商业化供货难以达到多元指标的要求

LED亟待解决的问题302021/2/21LED亟待解决的问题

参数的散离性色坐标色温主波长峰值波长显色性指数管压降光效光通量光辐射功率312021/2/21R/G/B光衰减的非一致性

由于LED在半亮度周期内亮度衰减的非一致性/衰减曲线非线性/三基色衰减曲线非平行性TFT-LCD-TV使用一段时间后会出现“花脸”现象

需要及时进行白平衡调节导致技术上一定的难度及制造成本的大幅度提高

LED亟待解决的问题322021/2/21LED亟待解决的问题光衰减的非一致性332021/2/21LED光效开发计划LED亟待解决的问题342021/2/21LED正逐步向专用照明/通用照明两个领域纵深发展

通用照明户外照明室内照明专用照明汽车照明大尺寸背光源

……的广泛应用商品化LED的光效率2010年可望达到

ηLED≥100

lm/W

价格

≤80

元

RMB/KlmLED亟待解决的问题352021/2/21

主要内容LED—健康环保节能光源LED前沿技术与亟待解决的问题LED的应用前景

362021/2/21全球十分重视半导体照明产业美国能源部设立了有１３个国家重点实验室、公司和大学参加的

“半导体照明国家研究项目”计划用１０年时间，耗资5亿美元发展半导体照明；２０１０年替代５５％的白炽灯和荧光灯每年节约电费可达３５０亿美元，半导体灯具将形成５００亿美元的大产业。日本投资５０亿日元推行“２１世纪光计划”

提出２００６年开始大规模用半导体灯替代白炽灯欧盟委托６个大公司、２所大学，于２０００年７月启动了

“彩虹计划”台湾地区设立了有１６个生产科研和大学参加的

“２１世纪照明光源开发计划”

LED的应用前景372021/2/21全球打响半导体照明产业争夺战

世界三大照明工业巨头

通用电气（GE,GeneralElectric）

飞利浦（PHILIPS）欧司朗集团（OSRAM）

已经启动了大规模商用开发计划纷纷与半导体公司合作或进行并购成立半导体照明企业并提出要在２０１０年前使半导体灯发光效率提高到200lm/w以上价格降低到10USD/Klm以下LED的应用前景382021/2/21我国的《国家半导体照明工程》我国通过“８６３”计划等科技计划的支持已于2006年６月正式开始实施《国家半导体照明工程》

现在已初步形成外延片生产

芯片制备

器件封装集成