LED技術(shù)和應(yīng)用前景講座課件

LED技術(shù)和應(yīng)用前景講座LED技術(shù)和應(yīng)用前景講座LED技術(shù)和應(yīng)用前景講座LED技術(shù)和應(yīng)用前景

2010年10月日12021/2/21LED技術(shù)和應(yīng)用前景

2010年10月日22021/2/21

主要內(nèi)容

LED———健康環(huán)保節(jié)能光源

LED前沿技術(shù)與亟待解決的問題LED的應(yīng)用前景

32021/2/21

LED—健康環(huán)保節(jié)能光源LED點(diǎn)亮了2008北京奧運(yùn)42021/2/21

LED—健康環(huán)保節(jié)能光源北京奧運(yùn)昭示LED通用照明世代的到來52021/2/21

LED—健康環(huán)保節(jié)能光源LED點(diǎn)亮了2008北京奧運(yùn)北京奧運(yùn)昭示LED專用照明世代的到來62021/2/21全球最大LED示范區(qū)－上海世博軸陽光谷6個(gè)40米高的陽光谷和800米長的張拉膜組合而成

72021/2/21上海世博軸陽光谷LED展現(xiàn)“祖國好”82021/2/21全球最大LED顯示屏廣州亞運(yùn)會(huì)上帆寬25米高24米，下帆寬28米高26米，顯示總面積達(dá)8000平方米，是目前世界上最大的LED顯示屏

92021/2/21

半導(dǎo)體照明是以發(fā)光二極管(LED)

為光源的新型固態(tài)光源照明，已經(jīng)在專業(yè)照明領(lǐng)域顯現(xiàn)出節(jié)能效果。景觀照明（替代霓虹燈）節(jié)能70%;

交通信號(hào)燈（替代白熾燈）節(jié)能90%；

中小尺寸BLU(替代CCFL)已廣泛使用……LED發(fā)光效率已遠(yuǎn)高于白熾燈，超過日光燈和冷陰極熒光燈，正進(jìn)入占全球電力消耗

15-20

％的通用照明領(lǐng)域.在全球追求健康，環(huán)保壓力，能源危機(jī)極大的情況下，半導(dǎo)體照明已被世界公認(rèn)為一種健康節(jié)能環(huán)保的重要途徑，正以更快的速度拓展其應(yīng)用范圍。LED—健康環(huán)保節(jié)能光源背光板

冷陰極螢光燈管102021/2/21

LED光源的健康/環(huán)保/節(jié)能優(yōu)勢(shì)熱輻射小無汞無有害氣體無頻閃健康環(huán)保

無紫外線輻射節(jié)能

直流低壓工作無高頻/高壓變換損耗光效率較高且提升空間大節(jié)能不易破碎亮度可無級(jí)調(diào)節(jié)使用壽命長電子垃圾少無電磁輻射LED—健康環(huán)保節(jié)能光源112021/2/21

無

頻

閃

我們將電光源的光通量隨交流電源電壓周期性交變而變化，

引起的亮暗強(qiáng)弱閃動(dòng)謂之頻閃。

據(jù)英國劍橋大學(xué)醫(yī)學(xué)研究中心阿諾德?威爾金（A·Waling

）博士

國際照明委員會(huì)維也納總部J.斯切德（J.Schanda）教授

對(duì)教學(xué)、辦公、生產(chǎn)、生活等環(huán)境的頻閃研究表明：“這種頻閃現(xiàn)象是客觀存在的，

并長期潛移默化地危害人們健康和人的視覺系統(tǒng)”LED—健康環(huán)保節(jié)能光源122021/2/21無頻閃歐洲照明委員會(huì)（EuropeanCommission）為此，專門發(fā)布了《90/270/EC指南》強(qiáng)調(diào)必需解決和降低燈具的頻閃效應(yīng)解決引起人們偏頭痛和視覺神經(jīng)系統(tǒng)病變白熾燈、熒光燈、三基色熒光燈、節(jié)能燈由交流高壓供電，均存在不同頻率的頻閃。

LED燈具由低壓直流供電，故不存在頻閃效應(yīng)。LED—健康環(huán)保節(jié)能光源132021/2/21無紫外線輻射白熾燈、熒光燈、三基色熒光燈、節(jié)能燈都有不同程度的紫外線輻射中國醫(yī)科大學(xué)皮膚病與皮膚美容研究所李宏遠(yuǎn)博士研究表明在日光燈下工作、學(xué)習(xí)所吸收的紫外線——相當(dāng)在陽光下暴曬一小時(shí)紫外線輻射會(huì)直接破壞人體免疫系統(tǒng)，殺傷白細(xì)胞損害核酸與蛋白質(zhì)的化學(xué)鍵引起遺傳基因（DNA）變異甚至癌變

而LED光源的光譜為可見光范圍，無紫外線輻射LED—健康環(huán)保節(jié)能光源142021/2/21無電磁輻射

熒光燈、三基色熒光燈、節(jié)能燈均工作在高頻高壓狀態(tài)

都不可避免地帶來不同程度的電磁輻射

據(jù)英國劍橋大學(xué)醫(yī)學(xué)研究中心阿諾德?威爾金（A·Waling

）博士

國際照明委員會(huì)維也納總部J.斯切德（J.Schanda）教授

研究表明電磁輻射可能

導(dǎo)致心悸、失眠

、白細(xì)胞減少、記憶力減退，

使心血系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)受損

而且電磁輻射傷害是累積的

而LED光源在直流/低壓狀態(tài)下工作，無電磁輻射LED—健康環(huán)保節(jié)能光源152021/2/21節(jié)能光源

商場(chǎng)用燈LED與白熾燈/熒光燈經(jīng)濟(jì)/技術(shù)數(shù)據(jù)比較條件：高度——

4m

照度——

45Lx

光通量——1600～2000lm

選用

：LED燈40W熒光燈80W白熾燈400W

重要因素—

壽命：

LED燈＞40000h熒光燈80W≤4000h白熾燈400W≤1000h

LED路燈10年只需要安裝1次

熒光燈

10年需要更換9次

白熾燈10年需要更換40次LED—健康環(huán)保節(jié)能光源162021/2/21商場(chǎng)用LED燈與白熾燈/熒光燈經(jīng)濟(jì)/技術(shù)數(shù)據(jù)比較項(xiàng)目白熾燈熒光燈LED燈光源功率（W）4008040一次價(jià)格（RMB）20.0080.00500.00壽命（h）≤1000≤4000≥500001年更換次數(shù)（次）4.381.0950.0876光源總價(jià)（RMB/年）87.6087.6043.80電費(fèi)商場(chǎng)用電時(shí)間（h）以12h/天計(jì)算，4380h/年年耗電量（KW.h）1752350.4175.2電價(jià)（元RMB/KW.h）1.08（商業(yè)用電價(jià)）年電費(fèi)（元RMB）1892.16378.43169.22年費(fèi)用合計(jì)（元RMB）1979.76466.03213.02LED—健康環(huán)保節(jié)能光源172021/2/21

主要內(nèi)容

LED—健康環(huán)保節(jié)能光源LED前沿技術(shù)與亟待解決的問題LED的應(yīng)用前景

182021/2/21

LED產(chǎn)業(yè)鏈LED產(chǎn)業(yè)鏈上游外延-芯片提高導(dǎo)熱率，出光率，抗靜電；降低Vf，成本中游封裝材料，工藝，性能下游燈具，工程光，機(jī)，熱，電192021/2/21

LED科技路線圖Source:Ledsmagazine1.美國CREE(克雷）2.美國Lumileds（流明）3.德國歐司朗-OSRAM4.日本Nichia（日亞化學(xué)）5.韓國首爾半導(dǎo)體公司(Seoul）202021/2/21

前沿技術(shù)－LED芯片光通量12mil7mil6mil8mil150μm175μm200μm300μm20mil30mil40mil500μm700μm1000μm價(jià)格&每片光通量上升；成品率下降212021/2/21EvolutionofEfficiency前沿技術(shù)－大晶片發(fā)光效率051015202530354019981999200020012002200320042005ExternalQuantumEfficiency[%]0246810121416182022OpticalPower@20mA[mW]Standardextr=25%ATONextr=52%NOTAextr=60%ThinGaNextr=75%int=44%Source:Osram222021/2/21前沿技術(shù)－白光色溫控制232021/2/21前沿技術(shù)－白光色溫控制

世上的顏色，都在“舌形圖”內(nèi)，或邊緣(單色)。邊緣的數(shù)字是單色的波長。圖中一條“弓形線”是色溫線，標(biāo)有色溫。與色溫線交叉的是“等溫線”，此線上的(相關(guān))色溫都相同。色溫線上每一個(gè)色溫都有等溫線。最左邊的直線，是色溫“無窮大”等溫線，再左邊(蘭色區(qū))就無色溫了。1000K左右偏紅色，1500K到3000K偏黃色，以后黃色越來越淡，4500K起藍(lán)色逐步增加，10000K后顏色帶青。當(dāng)YAG:Ce的色坐標(biāo)靠近綠光區(qū)域時(shí)，InGaN芯片和YAG:Ce的色坐標(biāo)連線與各等相關(guān)色溫線的交點(diǎn)，隨著色溫的降低而偏離黑體軌跡逐漸增大。這表明偏綠光的YAG:Ce不適合于封裝中低色溫的白光LED，因?yàn)槿绻庋b中低色溫的白光LED將會(huì)使白光LED的色坐標(biāo)在黑體軌跡上方偏離較大，這樣顯色性差。同理，當(dāng)YAG:Ce的色坐標(biāo)靠近橙光區(qū)域時(shí)，它不適合用于封裝高色溫的白光LED，這樣封裝出的白光LED的色坐標(biāo)同樣會(huì)在黑體軌跡下方偏離較大。因此，需要根據(jù)所需封裝的白光LED色溫相應(yīng)地選取適當(dāng)色坐標(biāo)的熒光粉，通過調(diào)節(jié)熒光粉的使用量來使封裝后白光LED的色坐標(biāo)盡量靠近黑體軌跡，使其符合國際電工委員會(huì)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)

242021/2/21前沿技術(shù)－園片級(jí)封裝自成透鏡，低成本，集成度高Rickylee,HKUST252021/2/21前沿技術(shù)－材料導(dǎo)熱材料金屬石墨BeO陶瓷納米材料封裝材料－硅膠應(yīng)力消除(-40to200oC)高溫穩(wěn)定性耐濕氣 物理特性，熱膨脹系數(shù) Tg固化溫度 硬度 折射率（1.4~1.6)粘度，固化時(shí)間熒光粉專利效率，多基色，色溫漂移262021/2/21前沿技術(shù)－大功率LED封裝光通量（瓦數(shù)）發(fā)光效率（節(jié)能）散熱（材料，界面）色溫（顯色指數(shù)，視覺）光型（燈具應(yīng)用）成本(原材料及生產(chǎn)成本）可靠性（光率，抗UV，ESD，機(jī)械強(qiáng)度）可應(yīng)用性（二次光學(xué)，SMT）272021/2/21

大功率LED封裝趨勢(shì)光效最優(yōu)光通量最大每瓦成本最低應(yīng)用型小型化高性能芯片，材料，工藝多芯片282021/2/21目前商品化LED發(fā)光效率不高

導(dǎo)致在要求功率/亮度一定的條件下：

——

需要LED芯片較多

（如42”/860組左右）

——

靜態(tài)功率比CCFL下降不大

（如韓國三星42”樣機(jī)靜態(tài)功率/

210W）

——

芯片成本較高

（LED-BLU-TV整機(jī)相當(dāng)CCFL的1.5～2倍）

LED亟待解決的問題292021/2/21

參數(shù)離散性大

由于LED-BLU全屏亮度和顯色性的一致性要求在同一TV-BLU內(nèi)在恒壓源的條件下，電流應(yīng)一致在恒流源的條件下，電壓應(yīng)一致同時(shí)要求：亮度：基本上相等中心波長：基本上相同（≤±1nm）

并與LCD彩色濾光膜的中心波長一致現(xiàn)商業(yè)化供貨難以達(dá)到多元指標(biāo)的要求

LED亟待解決的問題302021/2/21LED亟待解決的問題

參數(shù)的散離性色坐標(biāo)色溫主波長峰值波長顯色性指數(shù)管壓降光效光通量光輻射功率312021/2/21R/G/B光衰減的非一致性

由于LED在半亮度周期內(nèi)亮度衰減的非一致性/衰減曲線非線性/三基色衰減曲線非平行性TFT-LCD-TV使用一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)“花臉”現(xiàn)象

需要及時(shí)進(jìn)行白平衡調(diào)節(jié)導(dǎo)致技術(shù)上一定的難度及制造成本的大幅度提高

LED亟待解決的問題322021/2/21LED亟待解決的問題光衰減的非一致性332021/2/21LED光效開發(fā)計(jì)劃LED亟待解決的問題342021/2/21LED正逐步向?qū)Ｓ谜彰?通用照明兩個(gè)領(lǐng)域縱深發(fā)展

通用照明戶外照明室內(nèi)照明專用照明汽車照明大尺寸背光源

……的廣泛應(yīng)用商品化LED的光效率2010年可望達(dá)到

ηLED≥100

lm/W

價(jià)格

≤80

元

RMB/KlmLED亟待解決的問題352021/2/21

主要內(nèi)容LED—健康環(huán)保節(jié)能光源LED前沿技術(shù)與亟待解決的問題LED的應(yīng)用前景

362021/2/21全球十分重視半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)美國能源部設(shè)立了有１３個(gè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、公司和大學(xué)參加的

“半導(dǎo)體照明國家研究項(xiàng)目”計(jì)劃用１０年時(shí)間，耗資5億美元發(fā)展半導(dǎo)體照明；２０１０年替代５５％的白熾燈和熒光燈每年節(jié)約電費(fèi)可達(dá)３５０億美元，半導(dǎo)體燈具將形成５００億美元的大產(chǎn)業(yè)。日本投資５０億日元推行“２１世紀(jì)光計(jì)劃”

提出２００６年開始大規(guī)模用半導(dǎo)體燈替代白熾燈歐盟委托６個(gè)大公司、２所大學(xué)，于２０００年７月啟動(dòng)了

“彩虹計(jì)劃”臺(tái)灣地區(qū)設(shè)立了有１６個(gè)生產(chǎn)科研和大學(xué)參加的

“２１世紀(jì)照明光源開發(fā)計(jì)劃”

LED的應(yīng)用前景372021/2/21全球打響半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)爭奪戰(zhàn)

世界三大照明工業(yè)巨頭

通用電氣（GE,GeneralElectric）

飛利浦（PHILIPS）歐司朗集團(tuán)（OSRAM）

已經(jīng)啟動(dòng)了大規(guī)模商用開發(fā)計(jì)劃紛紛與半導(dǎo)體公司合作或進(jìn)行并購成立半導(dǎo)體照明企業(yè)并提出要在２０１０年前使半導(dǎo)體燈發(fā)光效率提高到200lm/w以上價(jià)格降低到10USD/Klm以下LED的應(yīng)用前景382021/2/21我國的《國家半導(dǎo)體照明工程》我國通過“８６３”計(jì)劃等科技計(jì)劃的支持已于2006年６月正式開始實(shí)施《國家半導(dǎo)體照明工程》

現(xiàn)在已初步形成外延片生產(chǎn)

芯片制備

器件封裝集成