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电气学科导论论文姓名: 学号: 班级: 专业: 电气工程及其自动化 学院: 水利与能源动力工程学院日期: 2013年11月8日LED的现状与发展趋势研究摘要：当今LED已经成为了照明、显示领域的热门词,优越的技术特性和下降的成本让它的普及之路越发光明,商业展示、体育场馆、户外广告乃至日常应用都将成为LED展示的舞台。LED是一种新光源,是当今世界上最新的光源。LED的出现具有划时代的意义,他是继爱迪生发明白炽灯后人类最伟大的发明之一,被称之为人类照明史上的革命一点也不为过。一 LED基本介绍1基本概念LED是发光二极管（Light Emitting Diode）的简称。顾名思义，发光二极管是一种可以将电能转化为光能并具有二极管特性的电子器件。LED是一种半导体二极管，与普通半导体二极管一样有两个电极（正极和负极）。LED在工作时需外加电源，外加的电能也是由这两个正、负电极加入到半导体二极管内。LED在内部结构上有和半导体二极管相似的p区和n区，p区和n区相交的界面形成pn结。LED与普通半导体二极管一样是一种允许电流单向导通的器件。LED的电流大小是由加在二极管两端的电压大小来控制的。根据加在二极管两端的电压大小，利用通过LED的电流最终使pn结发光。2基本结构LED器件的制造目的是为了得到光，所以它的结构与普通半导体二极管并不一样。图1表示了LED的结构图，图2表示了LED芯片的基本结构示意图。 图1 图 23发光原理 LED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。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。4特点(1)节能LED的能耗小，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%。(2)结构牢固LED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得LED不易损坏。(3)寿命长环氧树脂封装，不存在灯丝发光易烧、热沉积等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。(4)环保LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源二 LED产业现行状况1全球LED产业状况目前，LED外延片、芯片已经形成了以美国、亚洲、欧洲三大区域为主导的三足鼎立的全球市场与产业分工格局，并呈现出以日、美、德为产业代表，中国台湾地区、韩国紧随其后，中国大陆、马来西亚等电子制造基础良好的国家和地区积极介入这样一个梯次分布状况。2中国LED产业状况中国LED产业在经历了买器件、买芯片、买外延片之路后，目前已经实现了自主生产外延片和芯片。现阶段，从事该产业的人数达5万多人，研究机构20多家，企业4000多家，其中上游企业50余家，封装企业1000余家，下游应用企业3000余家。特别是2003年中国半导体照明工作小组的成立标志着政府对于LED在照明领域的发展寄予厚望，LED作为光源进入通用照明市场成为日后产业发展的核心。在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门和深圳等国家半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。三 目前LED的主要应用领域现行状况1 LED在指示灯中的应用（1）交流电源指示灯该电路只要连接220V/50Hz的交流供电线路，LED就会被点亮，指示电源接通。限流电阻R的阻值为220V/IF。（2）交流开关指示灯用LED作白炽灯开关指示灯的电路，当开关断开灯泡熄灭时，电流经R、LED 和灯泡EL形成回路，LED亮，方便人们在黑暗中找到开关。此时曲于回路中的电流很小，灯泡是不会亮的。当接通开关时，灯泡被点亮，而LED则熄灭。（3）交流电源插座指示灯用双色(共阴极) LED作交流电源插座指示灯的电路。插座的供电由开关S控制。当红光LED亮时，插座无电;当绿光LED亮时，插座有电。（4）保险管座指示灯LED用作工厂设备配电箱保险管座指示灯的电路。当保险管完好时，LED不亮;当保险管熔断时，LED会被点亮，以指示用户是哪一个熔断器已被烧断，以便更换。这对于用肉眼无法观察好坏的瓷芯式熔断器来说是非常方便的。（5）直流电源指示灯 2 LED在LCD背光照明中的应用由于液晶显示技术的发展，越来越多的电子产品都采用了基于液晶显示（Liquid Crystal Display,LCD）的显示器。LED在LCD背光照明中的应用，是其成长最快也是最具潜力的市场。(1) LED作为LCD背光会带来哪些好处呢?首先，采用LED背光的LCD的体积将进一步缩小。LED背光源是由众多栅格状的半导体组成，每个“格子”中都拥有一个LED半导体，这样LED背光就成功实现了光源的平面化。平面化的光源不仅有优异的亮度均匀性，还不需要复杂的光路设计，这样一来LCD的厚度就能做得更薄，同时还拥有更高的可靠性和稳定性。更薄的液晶显示面板意味着笔记本计算机拥有更佳的移动性。(2) 其次，在发光寿命方面，LED背光技术也将CCFL远远抛在后面。普通的CCFL背光源一般的使用寿命在3万小时左右，一些顶级的CCFL背光的发光寿命也不过在6万小时左右。这样的寿命对于频繁使用的用户来说意味着使用23年后LCD的亮度就将会明显下降，而不得不更换LCD的CCFL背光模块。而LED背光则完全没有这样的问题，现阶段白色LED背光的寿命已经高达10万小时，而且还有再次提升的潜力。即使24小时不间断使用，这样的寿命也足够长时间使用，业界标榜的数据为5年。(3) 在色彩表现力方面，LED背光也远胜于CCFL。原有的CCFL背光由于色纯度等问题，在色阶方面表现不佳。这就导致了LCD在灰度和色彩过渡方面不如CRT。据测试，采用CCFL背光只能实现NTSC色彩区域的78%，而LED背光却能轻松地获得超过100%的NTSC色彩区域。在色彩表现力和色阶过渡方面，LED背光也有显著的优势。3 LED显示屏应用信息化社会的到来，促进了现代信息显示技术的发展，形成了CRT、LCD、PDP、LED、EL、DLP等系列的信息显示产品，纵观各类显示产品，各有其所长和适宜的市场应用需求。随着LED材料技术和工艺的提升，LED显示屏以突出的优势成为平板显示的主流产品之一，并在社会经济的许多领域得到广泛应用，主要包括：（1）证券交易、金融信息显示。这一领域的LED显示屏占到了前几年国内LED显示屏需求量的50%以上，目前仍有较大的需求。（2）机场航班动态信息显示。民航机场建设对住处显示的要求非常明确，LED显示屏是航班住处显示系统FIDS（Flight information Display system）的首选产品。（3）港口、车站旅客引导信息显示。以LED显示民间为主体的信息系统和广播系统、列车到发揭示系统、票务信息系统等共同构成客运枢纽的自动化系统，成为国内火车站和港口技术发展和改造的重要内容。（4）体育场馆信息显示。LED显示屏作为比赛信息显示和比赛实况播放的的主要手段已取代了传统的灯光及CRT显示屏，在现代化体育场馆成为必备的比赛设施。（5）道路交通信息显示。智能效通系统（ITS）的兴起，在城市效通、高速公路等领域，LED显示民间作为可变情报板、限速标志等，得到普遍采用。（6）调度指挥中心信息显示。电力调度、车辆动态跟踪、车辆调高度管理等，也在逐步采用高密度的LED显示屏。（7）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。（8）广告媒体新产品。除单一大型户内、户外LED显示屏做为广告媒体外，集群LED显示屏广告系统、列车LED显示屏广告发布系统等也已得到采用并正在推广。（9）演出和集会。大型LED显示屏越来越普遍的用于公共和政治目的的视频直播，大型LED显示屏在播放实况和广告信息发布方面发挥了卓越的作用。4 LED交通信号灯的应用交通讯号显示光源的应用LED 灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点，广泛应用于各种室内、户外显示屏，分为全色、三色和单色显示屏，全国共有100 多个单位在开发生产。交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED, 因为采用LED 信号灯既节能，可靠性又高，所以在全国范围内，交通信号灯正在逐步更新换代，而且推广速度快，市场需求量很大，是个很好的市场机会。5 LED在景观装饰照明中的应用 LED光源除了无汞、节能、节材、对环境无电磁干扰、无有害射线五项优点之外，在照明领域中，特别是在景观照明中，还有很多优势。如：低压供电无高压环节，为了绝缘的开销要小得多，可靠性高;附件简单无启动器、镇流器或超高压变压器;结构简单具有固体光源的最大优点，不充气，无玻璃外壳，无气体密封问题，耐冲击;可控性好响应时间快(微秒数量级)，可反复频繁亮灭，基本无惰性，不会疲倦;色彩纯厚由半导体PN结自身产生色彩，纯正，浓厚;色彩丰富三基色加数码技术，可演变任意色彩;轻质结构节材，节约费用;对灯具强度和刚度要求很低;体积小巧,大的LED灯具可看成由LED细胞组成，最小的LED仅为平方毫米数量级或更小;柔性化好LED光源的精巧，使LED能适应各种几何尺寸和不同空间大小的装饰照明要求，诸如：点、线、面、球、异形式，乃至任意艺术造型的灯光雕塑;6 LED在汽车上的应用 汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短，需要经常更换。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快, 可以及早提醒司机刹车，减少汽车追尾事故，在发达国家，使用LED 制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件，美国HP 公司在1996年推出的LED 汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。此外，在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源，都可用超高亮度发光灯来担当，所以均在逐步采用LED 显示。我国汽车工业正处于大发展时期，是推广超高亮度LED 的极好时机。近几年内会形成年产10亿元的产值，5 年内会形成每年30 亿元的产值。7 LED在普通照明中的应用家用室内照明的LED产品越来受人欢迎，LED筒灯，LED天花灯，LED日光灯，LED光纤灯已悄悄地进入家庭！它具有发热量低、耗电量少（约是白炽灯的1/8,荧光灯的1/2）、寿命长、反应速度快、体积小、可平面封装等优点，灯具可实现轻薄短小。8遇到的问题(1)散热问题。LED虽然节能，但与一般白炽灯饰一样，一部分能量转化为光的过程中另外一部分能量转化成热量，尤其是LED为点状发光光源，其所产生的热量也集中在极小的区域，若产生的热量无法及时散发出去，PE结的结温将会升高，加速芯片和封装树脂的老化，还可能导致焊点融化，使芯片失效，进而直接影响LED的使用寿命与发光表现。(2)光色问题。LED发出的光与自然光相比仍有一定的差距，自然光具有非常强的黄色光谱成分，给人一种暖暖的感觉。而LED发出的白光带有较多的蓝光成分，在这种光的照明下人们的视觉感受不是很自然，而且LED所发出的光比较眩目，容易引起眩光。(3)价格过高。当前同等照度的LED灯具价格仍然是传统灯具价格的4倍左右，这对LED的推广和普及仍然是一个较大的障碍。四 未来发展趋势1 行业发展趋势从国际上看，由于LED产业巨大的经济效益和社会效益，世界主要发达国家和地区纷纷制定了发展计划，带动了各国和地区研发、投资力度的不断扩大，快速的推动了LED产业的发展。 从长远发展看，世界照明工业正在转型，许多国家提出淘汰白炽灯、推广节能灯计划，将半导体照明节能产业作为未来新的经济增长点，半导体照明节能产业作为节能减排的重要措施必将迎来了新的发展机遇期。2 技术发展趋势（1）针对LED的特点开发一系列恒压恒流控制电子电路，利用集成电路技术将每颗LED的输入电流控制在最佳电流值，使得LED能获得稳定的电流，并产生最高的输出光通量。LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下最好能控制LED电流的大小。（2）LED驱动电路具有智能控制功能，是LED的负载电流能够在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。当负载电流因各种因素而产生变化时，初级控制IC可以通过控制开关使负载电流回到初始设计值上。（3）在控制电路设计方面，要向集中控制，标准模块化，系统可扩展性三方面发展。（4）在目前LED光效和光通量有限的情况下，充分发挥LED色彩多样的特点，开发变色LED灯饰的控制电路。（5）GaN和AIN衬底的研发（6）立足蓝宝石衬底改进LED的层状结构和制备工艺3 LED性能发展趋势未来，LED大功率照明不可能由大面积的单芯片LED做成，而是由多个芯片合作成高亮度的光源。未来的LED芯片一定会朝着提高发光效率的方向发展。在LED制备阶段中，提升LED发光效率方法。而