课 程 报 告
题目：
学
班
姓学LED技术近几年的发展
及前景
院：自动化学院 级： 名： 号摘 要：任何新事物的产生都需要经过不同的发展阶段，LED光管同样如此。本文阐述了LED产业从最初兴起到如今发展的历程，和近年来的状况，以及LED二极管发展至今所拥有的优势取得的成就和尚存在的缺陷。LED光管发展至今已频频出现在人们眼前，它具有体积小、价格低，重量轻、电压低、电流小、亮度高，发光响应速度快，驱动电路简单等优点，已经被广泛运用在汽车，手机，显示屏，电子仪器和工业系统中。近年来，LED技术不断获得新的进展，特别是高亮度的蓝，绿光LED技术和白光LED技术的突破，使LED的应用范围不断拓宽，已成为本世纪极具发展潜力的电子产品之一。在我们生活中扮演着越来越重要的角色，它是环保、节能、高效的代表，它是最有希望取代白炽灯成为点亮我们生活的光源。发光二极管(LED)是近几年来迅速崛起的半导体光电器件。
Abstract：Any of the emergence of new things all need to go through the different stages of development, such as LED light tube.This paper expounds the LED industry from the initial rise to now development course, and the recent status, and LED diode development so far has advantages of achievements and shortcomings.LED light tube development has frequently appeared in front of people, it has the advantages of small volume, low price, light weight, low voltage, current, high brightne, light rapid response speed, simple drive circuit and other advantages, has been widely used in automotive, mobile phone, LCD, electronic equipment and industrial system.In recent years, LED technology has obtained new progre, especially the high brightne blue, green LED and white light LED technology breakthrough, make LED application scope expanding, has become the most development potential of one of the electronic product.In our life, playing an increasingly important role, it is environmental protection, energy saving, high efficiency, it is one of the most promising to replace the incandescent lamp as light source of our life.Light emitting diode ( LED ) in recent years is the rapid rise of semiconductor optoelectronic devices.
关 键 词：半导体、LED 半导体照明光源、LED灯具、LED性能、MCPCB和IAMS、显色性、发光强度
一．LED简介
(1).LED构成
LED（Light Emitting Diode）发光二极管，主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂五种物料所组成。 LED是一种能够将电能转化为光能的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。
(2).发光原理
LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着在一个支架上，是负极，另一端连接电源的正极，整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。 (3).LED照明颜色
LED（LightingEmittingDiode）照明即是发光二极管照明，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。 (4).照明原理
LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。
二．LED发光二极管的发展历程
(1).1962年,GE、Monsanto、IBM的联合实验室开发出了发红光的磷砷化镓（GaAsP）半导体化合物，从此可见光发光二极管步入商业化发展进程。
(2)1965年，全球第一款商用化发光二极管诞生，它是用锗材料做成的可发出红外光的LED，当时的单价约为45美元。其后不久，Monsanto和惠普公司推出了用GaAsP材料制作的商用化红色LED。这种LED的效率为每瓦大约0.1流明，比一般的60至100瓦白炽灯的每瓦15流明要低上100多倍。
(3).1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出红光、橙光和黄色光。
(4).1971，业界又推出了具有相同效率的GaP绿色芯片LED。 (5).到20世纪70年代，由于LED器件在家庭与办公设备中的大量应用，LED的价格直线下跌。事实上，LED在那个时代主打市场是数字与文字显示技术应用领域。
(6).80年代早期的重大技术突破是开发出了AlGaAsLED，它能以每瓦10流明的发光效率发出红光。这一技术进步使LED能够应用于室外信息发布以及汽车高位刹车灯(CHMSL)设备。
(7).1990年，业界又开发出了能够提供相当于最好的红色器件性能的AlInGaP技术，这比当时标准的GaAsP器件性能要高出10倍。
(8).今天，效率最高的LED是用透明衬底AlInGaP材料做的。在1991年至2001年期间，材料技术、芯片尺寸和外形方面的进一步发展使商用化LED的光通量提高了将近30倍。
(9).1994年，日本科学家中村修二在GaN基片上研制出了第一只蓝色发光二极管，由此引发了对GaN基LED研究和开发的热潮。1996年由日本Nichia公司（日亚）成功开发出白色LED。
(10).20世纪90年代后期，研制出通过蓝光激发YAG荧光粉产生白光的LED，但色泽不均匀，使用寿命短，价格高。随着技术的不断进步，近年来白光LED的发展相当迅速，白光LED的发光效率已经达到38lm/W，实验室研究成果可以达到70lm/W，大大超过白炽灯，向荧光灯逼近。三．LED产品与传统发光器件相较的优势
(1).使用寿命长，是普通光源的20一30倍，例如普通白炽灯的使用寿命在2000一3000小时，LED光源器件的寿命在10万小时，使用年限达5一10年。
(2).节能效果明显:LED发光体的耗电量仅为普通白炽灯的耗电量的15一20%，LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近30%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能近80%
(3).抗机械冲击、防震防水、低热散发。
(4).体积小、固体化、形状可任意改变，可以用在特殊用途上，LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。
四．LED产品与传统发光器件相较的劣势
(1).近日由美国加州大学艾尔文分校进行的一项调查却显示，使用LED的环保功效很可能会被其包含的有毒物质所抵消。有些LED灯中包含有锑、砷、铬、铅以及其他多种金属元素。其中，部分LED灯的有毒元素含量已经超过了监管部门制定的标准。比如在低亮度红色LED灯中，研究人员发现其铅含量超标达到8倍，镍含量也超标2.5倍。如果LED灯破碎，还可能会对直接接触的人体健康造成损害。 LED中的砷、铅、镍和铜元素对人体和环境的影响最为严重，未来应当进行更为细致深入的调查，以促进政府对LED产品的安全使用和回收处理制定规范。
(2).LED需要由于单个发光面比较窄，通常大规模集成在线路板上，形成一个比较大的发光源，由此会造成大量热量积累，有时会击穿电路板。所以LED灯的散热一定要好。
(3) 人眼最不能接受的是蓝光和UV光(即紫外线光)，蓝光杀伤人眼活性细胞的能力是绿光的10倍，而UV光杀伤人眼活性细胞的能力又是蓝光的10倍，长期接触大量低波长的蓝光能大量杀伤人眼活性细胞，最终癌化形成斑块。而LED白光形成主要是靠450-455NM波长蓝光激发荧光粉，其中波长越低击发能力越强，通常LED的波长出厂控制在500NM之内，即450-455NM，或455-460NM，属于伤害最强的区段，如果波长变大，那么激发荧光粉的能力就下降，效率降低。人们为了追求亮度，通常更会加强LED的蓝光强度，点灯时间越久，荧光粉衰减越快，进而导致人眼接触的蓝光波段的光照越强烈，从而对人眼造成伤害。
所以LED灯具在道路交通的LED导航指示、LED路灯、LED台灯的使用上具有一定的不利因素，容易让人在使用过程中产生头晕眼花、不舒服的感觉，甚至长期使用会变成眼晴伤害，使得患眼病的机率会有所提高。
五．LED的主要应用
(1).信息平面显示
信息显示是现代生活中一项用途很广泛的领域，证券交易所里的显示板，动态广告牌，空港的飞机动态显示，模拟动画，体育场馆、商业、工业和其它行业的大型和超大型全色显示屏的信息显示，进一步满足了现代人对信息显示的需求欲望。
(2).智能交通系统（Intelligent Transportation System，简称 ITS）
智能交通系统（Intelligent Transportation System，简称 ITS）的发展，在为社会公众服务的交通领域，信息的发布成为重要的服务内容。广泛应用于体育场馆、车站、机场、商业、工业和其它行业的大型和超大型信息显示屏，作为传统的点阵显示技术，其低廉的成本和大型屏幕显示的特点相对于诸如等离子体、液晶等显示技术仍具有不可替代的优势。中国加入 WTO、北京申奥成功等，成为 LED 显示屏产业发展的契机。
(3).汽车指示灯
汽车指示灯包括汽车外部的各种方向灯、尾灯、刹车灯等，由于LED的快响应速度，当前面的汽车刹车时，后面的汽车可提前2一3公里看到信号，减少车祸发生。同时可降低油耗，使汽车每一加仑油增开1公里，同时减少污染。
(4).办公自动化设备与仪器仪表指示灯
现代化智能型的仪器仪表、办公自动化设备需要各种信号灯或指示灯，第一章LED产业的发展背景与趋势而LED由于其节能和长使用寿命的特点使它成了不可缺少的部件。
(5).背光光源
高性能L印还可用于小型液晶显示器(LCD)的背光照明，适用于蜂窝电话和笔记本型电脑等。最普通的应用是电话按键的背光照明，随着小型液晶显示器及未来个人通信产品用量的增长，将带动LED市场需求量提高。
(6).特种用途光源与建筑装饰
特殊用途照明，如建筑装饰、井下、矿灯、水下作业、特殊场地施工等传统的光源使用起来不方便或缺点明显的地方都可以采用LED光源。 (7).固体照明光源
高性能LED的实用化和商品化，使照明技术面临一场新的革命，由多个超高亮度红、蓝、绿三色LED组成的像素灯不仅可以发出波长连续可调的各种色光，而且还可以发出亮度可达几十到一百烛光的白色光成为照明光源。对于相同发光亮度的白炽灯和LED固体照明灯来说，后者的功耗只占前者的10%一20%，白炽灯的寿命一般不超过3，000小时，而LED灯的寿命长达10万小时。
六．LED产业发展前景与趋势
由于发光二极管产业不断涌现新技术、新产品、新的应用，呈现了朝阳工业的欣欣向荣的景象，在21世纪的头十年中，LED产业会得到持续发展。每年全球照明市场的销售额达120亿美元，而且每年还以8%左右的增长速度递增，这一巨大的市场被业界看好，使得他们纷纷投入的LED的研究开发中来。目前照明用途LED购置成本较高，预计2002年前后LED的购置成本将通过其低廉的使用费用在3一6年内得到偿付。随后LED灯将逐渐取代白炽灯。专家们预计，到2010年一20巧年，LED有望进入普通照明市场，与传统的光源竞争，形成与传统节能光源并存的局面;据保守估计，到2025年对白炽灯和卤素灯25一30%的替代率，全球每年的能源节省预计可达40亿美元。 在国外，多个知名企业在致力于 LED 照明的开发研究，如 GE、OSRAM、PHILIPS、LUMILEDS、THE LED LIGHT、IDEC 等公司。国产 LED 显示屏的性价比比较高，市场占有率近100%，年平均增长率为 40%左右。美国 GE 公司和 EMCORE 公司合作成立新公司，专门开发白光 LED，以取代白炽灯、紧凑型荧光灯、卤钨灯和汽车灯。德国欧司朗公司与西门子公司合作开发LED 照明系统。随着第三代半导体材料氮化稼的突破和蓝、绿、白光发光二极管的问世，继半导体技术引发微电子革命之后，又在孕育一场新的产业革命——照明革命，其标志是半导体灯将逐步替代白炽灯和荧光灯。尽管还无法完全取代传统的白炽灯，但景观照明已成为半导体照明的新兴力量。
参 考 文 献
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