【led的發(fā)展與展望4000字（論文）】

第第頁led的發(fā)展與展望目錄TOC\o"1-3"\h\u246711.LED的理論概述 4300521.1LED工作原理 4154481.2LED芯片結(jié)構(gòu) 5152641.3光照參數(shù) 6201702.LED的發(fā)展現(xiàn)狀 8312223.LED的市場(chǎng)前景 917253結(jié)束語 1023406參考文獻(xiàn) 11.LED的理論概述1.1LED工作原理PN結(jié)構(gòu)是LED設(shè)計(jì)中最為基礎(chǔ)性的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)主要材料是一定的半導(dǎo)體材質(zhì)構(gòu)成。通過不同的摻雜方式將PN分為兩個(gè)半導(dǎo)體的部分，這兩個(gè)部分分別為P型的半導(dǎo)體和N型的半導(dǎo)體，兩個(gè)部分的結(jié)合才組成一個(gè)完整的PN結(jié)，其結(jié)的位置就是在兩個(gè)半導(dǎo)體接觸的位置。兩個(gè)半導(dǎo)體的區(qū)分主要是根據(jù)其粒子含量所進(jìn)行區(qū)分的，P區(qū)的結(jié)構(gòu)因?yàn)槠淞Ｗ恿孔畹?，基本處于空穴的狀態(tài)所以用P來進(jìn)行命名，而N去就出現(xiàn)相反的情況，其區(qū)內(nèi)粒子的數(shù)量較高。按照運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃高去必定是往低區(qū)流動(dòng)，則由P區(qū)其出現(xiàn)的空穴的濃度高于N區(qū)，所以這個(gè)時(shí)候由P去向N的方向擴(kuò)散，N的高濃度區(qū)因?yàn)槠錆舛雀邉t向P的方向擴(kuò)散。兩個(gè)粒子在一定的時(shí)候產(chǎn)生了匯合，隨著其接觸會(huì)出現(xiàn)復(fù)合的情況，而接觸的粒子也在不斷的減少，等其融合完成后就形成了空間電荷區(qū)域，也就是內(nèi)建的電場(chǎng)，該電場(chǎng)的存在對(duì)兩者的間的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了一定的影響，一是阻止二是增強(qiáng)，阻止方面是指其組織了濃度相對(duì)較高的粒子的擴(kuò)散；增強(qiáng)是指在一定程度上市低濃度的粒子產(chǎn)生了漂移的運(yùn)動(dòng)。他的出現(xiàn)最終是兩種粒子的運(yùn)動(dòng)保持在一個(gè)平衡的狀態(tài)，其原理如下圖所示。在兩區(qū)分別施加不同的電壓，這樣一段的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)，最終導(dǎo)致復(fù)合變小，具體情況如下圖所示。在其正向的方式降壓后，空穴復(fù)合的情況會(huì)加劇，在復(fù)合中我們將其分為兩種，分別是輻射性復(fù)合和非輻射兩種復(fù)合方式。LED產(chǎn)生的波長和實(shí)用的材質(zhì)有關(guān)，不同的半導(dǎo)體材質(zhì)所產(chǎn)生的帶隙會(huì)存在差異，其計(jì)算的方式為： (2.1) (2.2)在公式里，其中Eg為帶隙能量，h是物理學(xué)中的普朗克常數(shù)，q是載流子的總電荷量，c為光速，λ就是與之對(duì)應(yīng)的光的波長。圖1-1PN節(jié)能帶1.2LED芯片結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的時(shí)候根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同，可以將芯片分為三種，下面從這三個(gè)方面來進(jìn)行了解。圖1-2（a）所示為正裝結(jié)構(gòu)，通常藍(lán)光LED材料，大多數(shù)以GaN基其作用可以直接對(duì)半導(dǎo)體的物質(zhì)進(jìn)行帶隙作用，最終將其變?yōu)椴牧希涑尸F(xiàn)出來的優(yōu)點(diǎn)是有量好的穩(wěn)定性能，而且在生產(chǎn)上有著成熟的技術(shù)，在使用中不容易被吸收，能在強(qiáng)光下工作；生產(chǎn)的工藝為MOVCD類的方法在襯底為藍(lán)寶石的材質(zhì)上產(chǎn)生外延的片狀物質(zhì)，組成的主要形式為N型GaN層，其結(jié)構(gòu)為從下向上的結(jié)構(gòu)，在這個(gè)過程中產(chǎn)生了多量的子阱層和P型的GaN層等。后者在某種形式上說其中存在的濃度不高，要實(shí)現(xiàn)電流的流動(dòng)就必須要滿足在其層上存在擴(kuò)散層，擴(kuò)散層的作用是是能夠?qū)崿F(xiàn)一定的透光率。最后經(jīng)過一系列的加工形成LED的光源芯片，出光的面又有源的區(qū)域向另一端的P層運(yùn)行。芯片的導(dǎo)電模式是橫向的流通，然后經(jīng)過金線將P和N兩個(gè)電極連接到一起，這樣就形成電氣上的聯(lián)通，但是這種方式其穩(wěn)定的性能并不好，電極和金線的存在也降低了發(fā)光面積。（b）圖顯示的則為倒裝的結(jié)構(gòu)圖，外延的生長在一定的程度上說和正裝的芯片相同，可以在減少襯底厚度的情況提高其出光的比率，也可以將電極的一側(cè)放在底部。P型和N型的兩個(gè)電極連接的方式是以歐姆的焊接方式來進(jìn)行，以其凸點(diǎn)利用最新的倒裝技術(shù)進(jìn)行焊接，這樣使其和基板上的布線層相互連接在一起，并且避免了有線的連接方式，這種無線的方式能夠避免在金線上的的設(shè)計(jì)，具有一定的而穩(wěn)定性和安全性，且體積小在封裝的時(shí)候能夠更好密切的貼合，從而實(shí)現(xiàn)了封裝的進(jìn)度。出光的一面進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由P區(qū)轉(zhuǎn)向藍(lán)寶石的一方，沒有金線上的設(shè)計(jì)提升了出光的面積。出光面也不需要經(jīng)過擴(kuò)散層，那么可以將擴(kuò)散層設(shè)計(jì)為不透光型，這樣能夠有效的提高其擴(kuò)散的能力，并且使芯片能夠在最大的程度接受電流的沖擊，使其成為功率型的器件；倒裝的時(shí)候再兩者直接接觸下更能滿足工作的需求，使熱量的傳遞的過程中能夠傳遞更大的程度的熱量。（c）圖為垂直型的結(jié)構(gòu)圖，通過圖中可以看到其結(jié)構(gòu)的LEDN極和P極分別分布在LED的上下表面上。N極則出現(xiàn)在P的下方，這樣能夠減少在其出光時(shí)對(duì)其的阻擋，為了滿足電流的流通和擴(kuò)散在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮將其做大化。在工作時(shí)呈現(xiàn)的特征是電流所呈現(xiàn)的方向總是垂直流動(dòng)，垂直方向的流動(dòng)能夠極大的改善芯片在電流上的分布情況，提升電流的流動(dòng)能力和大功率的承受能夠這樣就避免了對(duì)大功率器件上的設(shè)計(jì)。這種結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出來的性能相對(duì)較好，但是這種結(jié)構(gòu)也有一定的缺點(diǎn)，要求芯片需為導(dǎo)電的材質(zhì)，在生產(chǎn)上氣工藝流程較為復(fù)雜，所以運(yùn)用較少。圖1-2三種LED芯片結(jié)構(gòu)1.3光照參數(shù)（1）光通量：是指發(fā)光的元件在單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁，這個(gè)電磁的能量我們將其稱作為光的功率，這個(gè)功率可以用W來表示，又可以根據(jù)人的感應(yīng)來劃分，能被感應(yīng)到的叫光通量，用Φ表示，單位流明（lm）；（2）發(fā)光效率：發(fā)光效率是指電能轉(zhuǎn)換的時(shí)候所產(chǎn)生的能量體，可以用光通量和功率之間的比例來算，用η表示，其單位為lm/W；（3）發(fā)光強(qiáng)度：是指發(fā)光器在某個(gè)指定的方向，向其釋放出光通量，那么這個(gè)這個(gè)方向上所發(fā)出光的強(qiáng)弱可以用1來代替，單位為：坎德拉（cd）（4）照度：用通俗的話說就是照射的強(qiáng)度，發(fā)光器照射在某件物體上的光通度，表示的符號(hào)為：E，單位為lm/m2或者勒克斯（lx）;（5）亮度：發(fā)光器在指定的方向所產(chǎn)生光的通量，代表的符號(hào)為：L,單位為cd/m2;（6）色溫：發(fā)光器在制定的黑體溫度下氣發(fā)出的顏色相同，黑色的溫度所代表的的是光源的顏色溫度，用T表示，單位為開（K）。色溫在3300K（偏黃白色）以下，如果光源呈現(xiàn)出暖色的光源，則中間產(chǎn)生的色溫為3300K-5000K，這樣的色調(diào)會(huì)讓人呈現(xiàn)舒適的感覺。（7）平均壽命：在使用的時(shí)長和在使用是所能夠達(dá)到最大的工作時(shí)長。

2.LED的發(fā)展現(xiàn)狀隨著我國發(fā)光二極管顯示技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展，LED顯示的行業(yè)越來越多。LED顯示技術(shù)在不同行業(yè)的不同需求下快速發(fā)展。LED顯示技術(shù)的生產(chǎn)主要集中在華東和華南地區(qū)，近年來，華北地區(qū)逐步也逐步開展LED顯示的生產(chǎn)。由于我國LED顯示屏技術(shù)逐漸成熟先進(jìn)、價(jià)格更加低廉，開始了LED顯示屏的對(duì)外出口，僅2014年LED顯示屏出口量就達(dá)到55億。光明的市場(chǎng)前景促使LED顯示屏不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新?？刂坪褪褂肔ED顯示屏有兩種方式。一種方式是電腦控制LED顯示屏，實(shí)時(shí)反映播放畫面或傳遞的一些信息。另一種方式是LED顯示屏不需要其他工具，而是根據(jù)自身存儲(chǔ)一些的信息或視頻進(jìn)行播放，以滿足客戶的需求。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，LED顯示屏的控制有了不同的變化。一種是無線控制LED顯示屏的便捷方式，前提是播放信息或視頻時(shí)需要較強(qiáng)的WIFI信號(hào)，避免信號(hào)中斷對(duì)信息傳輸?shù)挠绊?。另一種方式是通過LED顯示屏連接互聯(lián)網(wǎng)來控制LED顯示屏，但是成本高，信號(hào)接收穩(wěn)定，一般不會(huì)有信號(hào)中斷。根據(jù)顯示模式，LED顯示器主要有三種類型。第一種是圖形顯示系統(tǒng)，只在LED顯示屏上顯示圖形和文字，屬于最基本的LED顯示系統(tǒng)，一般用于會(huì)議室的標(biāo)題顯示。二是圖像顯示屏系統(tǒng)。與第一種相比，這種顯示屏具有灰度，使顯示的圖像更加生動(dòng)自然。第三種是視頻顯示系統(tǒng)，與前兩種相比，它的技術(shù)含量有了很大的提高。它可以接受視頻信號(hào)，顯示的圖像色彩豐富。是全彩LED顯示屏。從LED顯示屏的顯示方式可以看出，LED顯示屏的技術(shù)在不斷創(chuàng)新，在原有的基礎(chǔ)上增加了更多的元素，畫面感、色彩感、動(dòng)感越來越好。

3.LED的市場(chǎng)前景在疫情初期，由于嚴(yán)格防疫控制，世界各地的制造業(yè)受到了各種程度的影響。家庭經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品的市場(chǎng)正在被擴(kuò)大。但是，在大爆發(fā)期間，隨著人們多在室內(nèi)活動(dòng)，傳統(tǒng)照明的必要性沒有上升。另外，疫情使企業(yè)更加考慮到效率化和人工替代問題，相關(guān)領(lǐng)域迅速發(fā)展，紅外線led照明、紫外線led照明、植物照明等相關(guān)領(lǐng)域也迅速發(fā)展起來。其次，國際局勢(shì)復(fù)雜且不穩(wěn)定，面對(duì)疫情對(duì)全球制造業(yè)和運(yùn)輸業(yè)所造成的影響，作為國際貿(mào)易形勢(shì)和方針的快速變化和嚴(yán)峻測(cè)試，國家為穩(wěn)定外貿(mào)、促進(jìn)創(chuàng)新出臺(tái)了一系列臨時(shí)方針和措施。然后在2020年上半年實(shí)現(xiàn)了2021年的逆趨勢(shì)增長。但也面臨著企業(yè)物價(jià)下跌、匯率劇烈波動(dòng)、原料零部件價(jià)格上漲、海運(yùn)業(yè)貨物短缺、部分?jǐn)嚯姷葐栴}。從需求側(cè)來看，高附加值的創(chuàng)新應(yīng)用市場(chǎng)在應(yīng)對(duì)復(fù)雜情況下的需求波動(dòng)時(shí)要比傳統(tǒng)照明市場(chǎng)好得多。目前，傳統(tǒng)燈飾市場(chǎng)正在進(jìn)入傳統(tǒng)制造紅海時(shí)期，在維持傳統(tǒng)替代需求的同時(shí)，急需擴(kuò)大LED照明需求，改善LED照明市場(chǎng)的發(fā)展障礙。到目前為止，有兩個(gè)方向。首先，傳統(tǒng)照明在技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上已經(jīng)演變?yōu)榻】嫡彰?。傳統(tǒng)照明追求節(jié)能環(huán)保，光效是唯一指標(biāo)；目前十二五和十三年規(guī)劃提出的光效目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)?；诟吖庑Ъ夹g(shù)，消費(fèi)者開始需要更高品質(zhì)的光源。并且顯色指數(shù)高、光輸出好、智能混色等用途正在取代傳統(tǒng)的LED照明。其次，在尚未悄然成長為LED照明領(lǐng)域的市場(chǎng)中，不可見光源也不容忽視。在2020年新冠疫情的影響下，深紫外線消毒成為最發(fā)展空間的消毒方法之一。其廣譜性和高效率結(jié)合，使得其靈活的設(shè)計(jì)尺寸和低啟動(dòng)條件已在許多合適的場(chǎng)景中得到認(rèn)可。而且近紅外補(bǔ)光裝置對(duì)提高安防設(shè)備的整體性能起著主要作用，當(dāng)使用通過在近紅外波段中的特定物質(zhì)滲透，進(jìn)而形成近紅外成像時(shí)，水蒸氣、霧和硅等材料是透明的，并且在可見光下，使用近紅外可以很容易地識(shí)別幾乎相同的顏色。因此，許多用可見光難以或不可能完成的應(yīng)用都可以通過近紅外成像來完成。紅外測(cè)量技術(shù)可以快速檢測(cè)特征氣體濃度的變化，廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣檢測(cè)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒診斷、電廠氨氣在線監(jiān)測(cè)、過程分析等方面。在LED照明的上下游整合中，也需要連接照明升級(jí)和功能應(yīng)用的兩大助力，為LED燈進(jìn)一步發(fā)展提供動(dòng)力。

結(jié)束語隨著發(fā)展，半導(dǎo)體在運(yùn)用上會(huì)更加的廣泛，其生產(chǎn)的規(guī)模也會(huì)逐漸的擴(kuò)大，LED也會(huì)隨著這個(gè)步伐穿插到生活和生產(chǎn)的每個(gè)地方，老的光源會(huì)慢慢的被替代，這個(gè)時(shí)候就需要考慮到封裝技術(shù)的發(fā)展。由于學(xué)識(shí)和閱歷尚淺，此次對(duì)LED的發(fā)展現(xiàn)狀了解有限，故而對(duì)于LED的未來發(fā)展和展望做出的推論有限?？赡苓€有很多不足的地方，比較片面，筆者會(huì)更加激勵(lì)自己繼續(xù)深入學(xué)習(xí)，爭取在機(jī)電領(lǐng)域有所作為，為國家社會(huì)貢獻(xiàn)出自己的一