LED的研究之开题报告.doc

LED的研究 开题报告 田枭 工程技术学院电气信息系 09gz信工一 LED灯是目前惟一可替代普通白炽灯、节能灯的新型照明产品，节能使用寿命长节能灯相比不使用含汞等无法降解的有毒材料更环保。很多人都不买LED灯，因为它比普通白炽灯、节能灯要贵好几倍，认为不划算。价格高，实际上是消费者没有算清一笔账，那就是用LED灯节省下来的电费，完全可以抵消LED灯与普通白炽灯、节能灯之间的差价。而且LED灯还更耐用，不像其他照明灯容易因为开关次数多而损坏。普通白炽灯在消费者的视线中正在渐行渐远。根据国家发改委等相关部门发布的“白炽灯淘汰路线图”，10月1日起禁止进口和销售100瓦及以上普通照明白炽灯，2016年10月1日起禁止进口和销售15瓦及以上普通照明白炽灯。淘汰白炽灯后，取而代之的节能灯由于生产材料之一汞属于无法降解的有毒材料，不利于生态环境，其发展前景不容乐观，更为环保、节能的LED灯将成为“潜力股”，迎来迅猛发展的春天。 LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。 LED结构图如下图所示 发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结，其主要特性为单向导电性。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。?当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。 LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。消耗能量较同光效的白炽灯减少80% ，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境 。稳定性好，照明10万小时，光衰为初始的50% 。据研究白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级 。 二 LED的原理 LED和常用的白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而是采用了电场发光。当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合时，由于交界面处存在的载流子浓度差，于是电子和空穴都会从高浓度区域向低浓度区域扩散。其扩散的结果就导致了Ｐ区和Ｎ区原来的电中性被破坏。这样，Ｐ区一侧失去空穴剩下不能移动的负离子，Ｎ区一侧失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子就是空间电荷。在空间电荷集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一很薄的空间电荷区，就是P-N结 在P区一侧为负电荷，N区为正电荷，于是空间电荷区，便出现了由N到P的电场。这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，这便是内电场。由于内电场的存在，使得P-N结处于动态平衡状态。当我们给P-N结一个正向电压，便改变了P-N结的动态平衡。注入的少数载流子（少子）与多数载流子（多子）复合时，便将多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能给PN结加反向电压，少数载流子（少子）难以注入，故不发光。在LED得两端加上正向电压，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线。调节电流，便可以调节光的强度。可以通过改变电流可以变色，这样可以通过调整材料的能带结构和带隙，便可以多色发光。2008年全球LED市场规模约为69亿美元，其中高亮度和超高亮度LED 市场年平均增长率将达到20%左右，市场规模达16亿美元。在移动手机应用市场的快速推动下，过去10年高亮度LED市场的年均增长率达到46%。我国现有LED 企业600余家，企业主要集中在下游封装和应用领域，国内从事LED上游外延片和中游芯片的企业大约在10余家。全球LED主要供应国和地区是日本、台湾、美国和欧洲，其中台湾、大陆和韩国等非日本亚洲地区是全球LED产业增长最快的地区。在整个照明领域，我国是世界照明电器第一大生产国、第二大出口国，半导体照明产业有很强的产业基础，因此未来我国LED将面临巨大的发展机遇。—2001m／W的光效，且每Im的价格应明显低于0．015／Im(现价约0．25$／Im，红LED为0．065／Im)，要实现这一目标仍有很多技术问题需要研究，但克服解决这些问题并不是十分遥远的事。按固体发光物理学原理，LED的发光效率能近似100％， 其即将成为第四代光源。