第次LED照明的資料

第次LED照明的資料第1頁/共69頁LED的發(fā)展歷史1965年世界上的第一只商用化LED誕生，用鍺制成，單價(jià)45美元，為紅光LED，發(fā)光效率0.1lm/w1968年利用半導(dǎo)體攙雜工藝使GaAsP材料的LED的發(fā)光效率達(dá)到1lm/w,并且能夠發(fā)出紅光、橙光和黃光1971年出現(xiàn)GaP材料的綠光LED，發(fā)光效率也達(dá)到1lm/w第2頁/共69頁LED的發(fā)展歷史80年代，重大技術(shù)突破，開發(fā)出AlGaAs材料的LED，發(fā)光效率達(dá)到10lm/w1990年到2001年，AlInGaP的高亮度LED成熟，發(fā)光效率達(dá)到40—50lm/w1990年基于SiC材料的藍(lán)光LED出現(xiàn)，發(fā)光效率為0.04lm/w90年代中期出現(xiàn)以藍(lán)寶石為襯底的GaN藍(lán)光LED，到目前仍然為該技術(shù)第3頁/共69頁第4頁/共69頁半導(dǎo)體材料的分代以硅Si為代表的半導(dǎo)體材料為第一代半導(dǎo)體材料以砷化鎵GaAs為代表的化合物半導(dǎo)體材料為第二代半導(dǎo)體材料以氮化鎵GaN為代表的寬帶隙化合物半導(dǎo)體材料為第三代半導(dǎo)體材料第5頁/共69頁GaN半導(dǎo)體材料特點(diǎn)寬帶隙化合物半導(dǎo)體材料，有很高的禁帶寬度（2.3—6.2eV)，可以覆蓋紅、黃、綠、藍(lán)、紫和紫外光譜范圍，是到目前為止其它任何半導(dǎo)體材料都無法達(dá)到的高頻特性，可以達(dá)到300GHz（硅為10G，砷化鎵為80G）第6頁/共69頁高溫特性，在300℃正常工作（非常適用于航天、軍事和其它高溫環(huán)境）耐酸、耐堿、耐腐蝕（可用于惡劣環(huán)境）高壓特性（耐沖擊，可靠性高）大功率（對(duì)通訊設(shè)備是非?？释模〨aN半導(dǎo)體材料特點(diǎn)第7頁/共69頁GaN外延片生產(chǎn)通過MOCVD進(jìn)行GaN單晶膜外延生長用藍(lán)寶石為襯底材料用高純氨氣提供氮源用金屬有機(jī)源提供鎵、銦、鋁源通過金屬有機(jī)源化學(xué)氣相沉積的方法進(jìn)行生長金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)（MOCVD)是利用金屬有機(jī)化合物作為源物質(zhì)的一種化學(xué)氣相淀積（CVD)工藝，其原理為利用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法metal-organicchemicalvapordeposition.MOCVD是一種利用氣相反應(yīng)物第8頁/共69頁方大集團(tuán)于2001年9月在國內(nèi)第一個(gè)

生產(chǎn)出GaN基LED外延片第9頁/共69頁6X2MOCVD設(shè)備第10頁/共69頁GaN基LED芯片生產(chǎn)通過幾十道工序，將GaN外延片加工成為LED芯片，標(biāo)準(zhǔn)芯片的尺寸為0.3X0.3mm第11頁/共69頁GaN半導(dǎo)體光電器件應(yīng)用藍(lán)、綠光LED

全彩色大屏幕交通信號(hào)燈背光源、儀器儀表指示燈景觀光源第12頁/共69頁藍(lán)、綠、白光LED第13頁/共69頁室外大LED全彩色屏幕第14頁/共69頁LED交通信號(hào)燈第15頁/共69頁汽車燈具夜間裝飾第16頁/共69頁照明第17頁/共69頁光電鼠標(biāo)第18頁/共69頁背光源第19頁/共69頁城市建筑裝飾燈光工程第20頁/共69頁花旗銀行大廈第21頁/共69頁LED散熱第22頁/共69頁散熱第23頁/共69頁散熱第24頁/共69頁散熱第25頁/共69頁GaN半導(dǎo)體光電器件應(yīng)用藍(lán)光激光器（BLD）藍(lán)光DVD，雙面雙密度容量為20G，取代現(xiàn)有紅光DVD，是以后數(shù)字電視存儲(chǔ)的必由之路激光打印和顯示，生物醫(yī)療儀器和設(shè)備，光譜測(cè)量系統(tǒng)可用于軍事領(lǐng)域，450～550nm的藍(lán)-綠光波段對(duì)海水是透光的，所以BLD可通過空間衛(wèi)星、機(jī)載平臺(tái)直接用來對(duì)海底潛艇通信，大大提高潛艇的隱蔽性和保密性。這是軍事部門長久渴望實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段。

第26頁/共69頁中國漢級(jí)核潛艇第27頁/共69頁索尼全球首臺(tái)藍(lán)光DVD刻錄機(jī)BDZ-S7

第28頁/共69頁半導(dǎo)體照明的來臨第29頁/共69頁火—人類的文明第30頁/共69頁燈—延續(xù)歷史幾千年第31頁/共69頁第32頁/共69頁1879年愛迪生發(fā)明白熾燈第33頁/共69頁熒光燈將電光源帶入新天地第34頁/共69頁第35頁/共69頁

城市照明是現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。目前世界上的電能五分之一用于照明第36頁/共69頁優(yōu)異的性能白光LED

固體冷光源，效率高，綠色環(huán)保壽命長，可以達(dá)到10萬小時(shí)（連續(xù)10年）低電壓工作是照明領(lǐng)域的又一次革命第37頁/共69頁白光LED的構(gòu)成方式基于藍(lán)光LED，通過熒光粉激發(fā)一個(gè)黃光，組合成為藍(lán)光通過紅、綠、藍(lán)三種LED組合成為白光基于紫外光LED，通過三基色粉，組合成為白光第38頁/共69頁LED

白光照明三種方法產(chǎn)生白光照明三基色白光光源紫外LED激發(fā)白光光源藍(lán)光LED激發(fā)白光光源第39頁/共69頁LED

白光照明紅、綠、藍(lán)三色LED合成白光優(yōu)點(diǎn)不需要磷粉進(jìn)行光轉(zhuǎn)換，發(fā)光效率較高；非常好的彩色重現(xiàn)性缺點(diǎn)成本高第40頁/共69頁美國國家半導(dǎo)體照明計(jì)劃從2000年起國家投資5億美元到2010年55%的白熾燈和熒光燈被半導(dǎo)體燈取代每年節(jié)電達(dá)350億美元2015年形成每年500億美元的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)市場第41頁/共69頁日本21世紀(jì)照明計(jì)劃投入資金50億日元到2007年30%的白熾燈被置換為半導(dǎo)體照明燈第42頁/共69頁歐盟的彩虹計(jì)劃應(yīng)用半導(dǎo)體照明實(shí)現(xiàn)：高效節(jié)能不使用有害環(huán)境的材料模擬自然光第43頁/共69頁韓國“固態(tài)照明計(jì)劃”2004年-2008年韓國政府計(jì)劃投入1億美元，企業(yè)提供30%的配套資金，近期開始實(shí)施，2008年LED的發(fā)光效率達(dá)到80lm/W第44頁/共69頁中國專家的呼吁我國有近百名專家（兩院院士）聯(lián)名向國務(wù)院呼吁，以三峽工程的5%費(fèi)用，支持我國的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，用5-10年的時(shí)間的努力，1/3照明應(yīng)用半導(dǎo)體照明，每年可以節(jié)約的電量1000億度，多于一個(gè)三峽水電站的發(fā)電量（800億度）國家啟動(dòng)國家半導(dǎo)體照明工程第45頁/共69頁白光LED白光發(fā)光二極管（LightEmittingDiode,LED），具有無污染、長壽命、耐震動(dòng)和抗沖擊的鮮明特點(diǎn)。具有效率高，壽命長，不易破損等傳統(tǒng)光源無法與之比較的優(yōu)點(diǎn)。第46頁/共69頁發(fā)光二極管具有下列特性:(1)體積小:可用于數(shù)組封裝之照明使用，且可視其應(yīng)用條件做不同顏色種類的搭配組合(2)壽命長:其發(fā)光壽命可達(dá)1萬小時(shí)以上，比一般傳統(tǒng)鎢絲燈泡高出50倍以上(3)耐用:由于發(fā)光二極管是以透明光學(xué)樹脂作為其封裝，因此可耐震與耐沖擊(4)環(huán)保:由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不含水銀，因此沒有污染及廢棄物處理問題(5)省能源與低耗電量:白光發(fā)光二極管為「綠色照明光源」的明日之星，因其耗電量約是一般鎢絲燈泡的1/3~1/5。第47頁/共69頁何謂白光所謂「白光」通常系指一種多顏色的混合光，以人眼所見之白色光至少包括二種以上波長之色光所形成，例如:藍(lán)色光加黃色光可得到二波長之白光，藍(lán)色光、綠色光、紅色光混合后可得到三波長之白光。第48頁/共69頁發(fā)光二極管的發(fā)光原理當(dāng)PN接面加入順向偏壓時(shí)，P型區(qū)的多數(shù)載子電洞會(huì)往N型區(qū)移動(dòng)，而N型區(qū)的多數(shù)載子電子則往P型區(qū)移動(dòng)，最后電子與電洞兩載子會(huì)在PN接面之空乏區(qū)復(fù)合，此時(shí)因電子由傳導(dǎo)帶移轉(zhuǎn)至價(jià)電帶后喪失能階，同時(shí)以光子的模式釋放出能量而產(chǎn)生光。而LED之能量是以散射光的方式釋放，屬于冷性發(fā)光，與藉由加熱發(fā)光的白熾燈或藉由放電發(fā)光的日光燈之發(fā)光原理不同。第49頁/共69頁第50頁/共69頁光子回收式第51頁/共69頁目前半導(dǎo)體白光光源主要有以下三種方式:

一、為以紅藍(lán)綠三色發(fā)光二極管晶粒組成白光發(fā)光模塊，具有高發(fā)光效率、高演色性優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也因不同顏色晶粒磊晶材料不同，連帶使電壓特性也隨之不同。因此使得成本偏高、控制線路設(shè)計(jì)復(fù)雜且混光不易。第52頁/共69頁二、為日亞化學(xué)提出以藍(lán)光發(fā)光二極管以激發(fā)黃色YAG熒光粉產(chǎn)生白光發(fā)光二極管，為目前市場主流方式。利用藍(lán)光發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的光線激發(fā)黃光熒光粉產(chǎn)生黃色光。但同時(shí)也會(huì)有部份的藍(lán)色光發(fā)射出來，此部份藍(lán)色光配合上熒光粉所發(fā)出之黃色光，即形成藍(lán)黃混合之二波長的白光。第53頁/共69頁YAG螢光粉LED晶粒藍(lán)光人眼

圖一日本日亞化學(xué)專利之白光發(fā)光二極管工作原理第54頁/共69頁利用藍(lán)光發(fā)光二極管芯片與黃光熒光粉組合而成之白光發(fā)光二極管，有下列數(shù)種缺點(diǎn):一、由于藍(lán)光占發(fā)光光譜的大部份，因此，會(huì)有色溫偏高與不均勻的現(xiàn)象?；谏鲜鲈?，必須提高藍(lán)光與黃光熒光粉作用的機(jī)會(huì)，以降低藍(lán)光強(qiáng)度或是提高黃光的強(qiáng)度。二、因?yàn)樗{(lán)光發(fā)光二極管發(fā)光波長會(huì)隨溫度提升而改變，進(jìn)而造成白光源顏色控制不易。三、因發(fā)光紅色光譜較弱，造成演色性(colorrendition)較差現(xiàn)象。彩色再現(xiàn)(性)第55頁/共69頁三、最后是以紫外光發(fā)光二極管激發(fā)透明光學(xué)膠中含均勻混有一定比例之藍(lán)色、綠色、紅色熒光粉，激發(fā)后可得到三波長之白光。三波長白光發(fā)光二極管具有高演色性優(yōu)點(diǎn)，但卻有發(fā)光效率不足缺點(diǎn)。紅藍(lán)綠螢光粉LED晶粒紫外光人眼穿透之紫外光圖二紫外光激發(fā)之白光發(fā)光二極管工作原理第56頁/共69頁白光LED的主要構(gòu)造，包含底部的GaInN藍(lán)光LED芯片、涂布于LED芯片YAG黃色熒光粉、以及隔絕外界的環(huán)氧樹脂封裝。當(dāng)?shù)撞康腉aInN藍(lán)光芯片接受電能的激發(fā)后，產(chǎn)生電子與空穴對(duì)，當(dāng)電子與空穴再結(jié)合的時(shí)候，LED便發(fā)出第一發(fā)射光（藍(lán)光）。這第一發(fā)射光可以被熒光粉吸收并轉(zhuǎn)換成第二發(fā)射光（黃光），再利用透鏡原理將互補(bǔ)的第一發(fā)射光與第二發(fā)射光予以混合以后，便得到白光。第57頁/共69頁半導(dǎo)體照明發(fā)展現(xiàn)狀第58頁/共69頁發(fā)展速度超過人們的預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)步迅速市場的發(fā)展速度領(lǐng)先于技術(shù)的發(fā)展政府與民間共有熱情第59頁/共69頁中國在此領(lǐng)域的發(fā)展有多家公司參與在半導(dǎo)體領(lǐng)域中與國際水平最接近，基本上與國際水平同步發(fā)展，有部分領(lǐng)先第60頁/共69頁部分領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用潛水燈防爆燈高檔汽車的照明燈（奔馳、寶馬、奧迪A8等汽車）飛機(jī)和高檔汽車的閱讀燈第61頁/共69頁第62頁/共69頁已經(jīng)走近我們的生活第63頁/共69頁已經(jīng)走近我們的生活（手電筒）

第64頁/共69頁白光LED射燈第65頁/共69頁可與目前普通燈具互換的LED白光燈第66頁/共69頁存在的問題價(jià)格過高發(fā)光效率還不夠高性價(jià)比低還不到民眾普及的時(shí)刻半導(dǎo)體照明的壽命實(shí)際上還涉及多方面的問題，與10萬小時(shí)的理論壽命有差距第67頁/共69頁白光發(fā)光二極管之發(fā)展與未來展望LED將逐步代現(xiàn)有白熾燈、代熒光燈。美國能源部也預(yù)估