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1、 存档编号 赣 南 师 范 学 院 学 士 学 位 论 文 led的性能和发展综述教学学院 物理与电子信息学院 届 别 2008届 专 业 电子科学与技术 学 号 姓 名 指导老师 完成日期 目录内容摘要1关键词1abstract1key words11. led产业的发展背景与趋势21.1 led产业的发展背景21.2 发达国家和地区的led产业现状91.3 对led产业特点的认识122.我国led产业概况与问题分析162.1 我国led产业概况与主要企业162.2 我国led产业发展面临的问题192.3 对我国led产业地位的认识213.结论与展望26参考文献28致谢30内容摘要：本文结合
2、led的性能特点，从led的发展背景、技术水平、产业化发展现状等背景知识进行综合分析、整理，对我国led产业的发展所面临的问题以及发展前景展开讨论。关键词：发光二极管 led 产业化 发展战略abstract：combining the performance characteristics of led，this paper is from the development of the led background, level of technology, industrial development of the status quo, such as a comprehensive a
3、nalysis of background knowledge, collating, and discuss the led on chinas industrial development and the problems facing the development prospects.key words：light emitting diodes；led；industrialization；developments strategles1. led产业的发展背景与趋势1.1 led产业的发展背景1.1.1 led产品介绍1.1.1.1 led基本介绍：led是英文light emitt
4、ing diode（发光二级管）的简称。（1）led 发光原理：发光二极管 led 是利用二极管內电子与间隙结合过程中能量转换产生光的输出。 （2）led 特性：冷性发光不产生热，元件寿命长 ( 十万小时以上 ) 、反应速度很快、体积小、功耗小、适合量产，高亮度。 （3）led 制作材料通常为砷、磷、镓等元素，制作过程包括上游的晶圆制作、磊晶成长，中游的扩散制程、金属蒸镀、晶粒制作，以及下游的产品封装及应用市场等1。 1.1.1.2 led的性能led的性能主要表现在下列四个方面：(1)使用寿命长，是普通光源的20-30倍，例如普通白炽灯的使用寿命在2000-3000小时，led光源器件的寿命
5、在10万小时，使用年限达5-10年。 (2)节能效果明显：led发光体的耗电量仅为普通白炽灯的耗电量的15%-20%。(3)抗机械冲击、防震防水、低热散发。(4)体积小、固体化、形状可任意改变，可以用在特殊用途上。由于led有着上述独特的优势，国内外一大批拥有强大实力的研究开发机构、企业竞相投入资金，技术得到突飞猛进，产生了高亮度的led，即可以用来做户外显示和照明的led，led被认为是替代了爱迪生发明的白炽灯的下一代照明光源。早期led以发出微弱的红光谱居多，发光亮度在0.001流明，随后才产生橙色绿色兰色等。由于当时的技术和工艺条件限制，早期生产的发光二级管采用的是液体相位外延技术，该种
6、工艺生产的二级管发光的亮度始终未超过0.1流明。80年代以来，日本几家大企业最先实现了技术突破，发光亮度在5-10流明，这个时期的led产品大多以仪器仪表，精密设备的指示等显示，半导体收音机音响等，90年代以来，国际上由于新材料科学的发展，采取了更为先进的低压金属有机物气相外延（lpmovpe）和低压金属有机物化学气相淀积外延方法（lpmocvd），生产出高亮度的led，由于亮度的大幅度提高，led的应用领域得到了更为广阔的使用前景2。1.1.1.3 led背光技术的优势led背光技术的优势主要表现在:a、使用寿命长在发光寿命方面，led背光技术将ccfl（冷阴极荧光灯管）远远抛在后面。普通的
7、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2-3年后lcd（液晶显示器）的亮度就将会明显下降，许多lcd产品在使用几年后荧幕就会发黄、亮度明显变暗，而不得不更换lcd的ccfl背光模组。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。每天连续使用10个小时，可以连续用上27年，即使24小时不间断使用，这样的寿命也足够使用5年，而且还有再次提升的潜力。b、丰富的色彩表现力在色彩表现力方面，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
8、佳。这就导致了lcd在灰度和色彩过渡方面不如crt（纯平显示器）。更重要的是，冷阴极荧光灯色域较为狭窄，会严重影响在lcd显示器上显示的色谱，导致几乎所有的lcd显示器都无法达到平面印刷的adobe rgb色域标准。据测试，采用ccfl背光只能实现ntsc（国家电视系统委员会制式）色彩区域的78%，近期少数面板厂商采用ccfl技术最高能够达到92%ntsc，后续提升空间不大，而led背光却能轻松地获得超过100%的ntsc色域表现。在色彩表现力和色阶过渡方面，led背光也有显著的优势，其色彩表现力强于ccfl背光源，色彩还原好，可对显示色彩数量不足的液晶技术起到很好的弥补作用。c、体积缩小le
9、d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著笔记本电脑拥有更佳的移动性。例如，2005年10月sony就推出了11.1英寸，使用白光led的vaio笔记型计算机tx系列，采用了厚度仅有4.5mm的led背光液晶显示屏，使nb（轴承导轨）重量下降到1.26公斤，且荧幕厚度也降到仅4.5mm，整体
10、nb厚度更下降16%到21mm，亮度也增加30%，且由于使用白光led也使电池续航力大幅提升。对于背光模块厂来说，led背光模块在结构上，主要的差异点在于lgp的改变。使用ccfl时，由于受限于ccfl管径1.8mm，lgp入光侧必须维持2.0mm左右，而成为一个楔形的板(斜式导光板，即导光板两边厚度不一)，这使得nb面板没有办法做得很薄。使用led作背光源时，原来lgp之厚度限制已不存在，可以让整个lgp厚度均匀且变薄，再加上玻璃的厚度约可从0.5mm降为0.3mm，因此可以满足nb对于轻薄短小的追求。开发nb用led背光源，面临的最大瓶颈，仍在于如何让导光板的厚度变薄。一般导光板厚度多在2
11、mm以上，而sony以0.6mm厚度的导光板使用为主，因此背光厂商正积极开发更薄的导光板。d、亮度和白平衡控制实现led功率控制很容易，不像ccfl的最低亮度存在一个门槛。因此，led的亮度调整范围大，无论在明亮的户外还是全黑的室内，用户都很容易把显示设备的亮度调整到最悦目的状态；led背光可以调整白平衡，同时保证整体对比度。当用户的视频源在计算机和dvd机间切换时，可以轻松在9600k和6500k间调整白平衡，而且不会牺牲亮度和对比度。e、均匀性冷阴极荧光灯属于管状光源，要将所发出的光均匀散布到面板的每一个区域就需要相当复杂的辅助组件，荧幕的厚度也难以控制。而且随著面板的增大，必须使用多条光
12、源，这就要求来自这些ccfl的光还必须匹配。同时，ccfl背光源的能量利用效率低下。在光能从背光到荧幕的传输过程中，光能量损耗情况非常严重，最终大约有6%的光能可被真正利用。为了实现更高的亮度和对比度，厂商必须提高光源的输出功率或增加灯管数目，而这样带来的后果就是整机功耗上扬。这对于桌面型lcd显示器或液晶电视不会有多大的影响，但对笔记本lcd荧幕影响很大。led可以为大尺寸荧幕提供连续面阵光源。led是一种平面状光源，最基本的发光单元是3-5mm边长的正方形封装后，所需的辅助光学组件可以做得非常简单，极容易组合在一起成为既定面积的面光源，具有很好的亮度均匀性3。虽然led背光技术就像许多新型
13、技术一样拥有许多诱人的优点，但led要想占据大尺寸lcd背光源的主流，目前还需要解决一些技术难点，如发光效率、一致性、成本等。 a、发光效率ccfl仍是发光效率最高的主流光源技术，与之相比，led的发光效率较低。作为背光源的led器件以白光类型居多，而白光led器件在开始时发光效率不高，致使荧幕亮度普遍偏低。比如在当前的led技术中，不论荧幕的制造商是谁，led组件的亮度都各不相同。目前ccfl冷阴极荧光灯的发光效率可达到50-100lm/w，而白光led器件在刚起步时发光效率仅为20lm/w甚至更低。不过，现在全球有大量的企业从事相关研究，该领域的技术进展非常迅速，白光led的发光效率以每年
14、提高60%的幅度提升，到目前为止，白光led器件的发光效率突破50lm/w，开始达到实用化水准。而业界希望在2007年之前，将白光led的发光效率提高到75lm/w的高水准。b、一致性用led作为背光源存在白光的一致性问题，这比起ccfl是个劣势。rgb led背光源时间一久会产生色移波长随温度变化，产生不同颜色。这一问题导致了颜色偏移、不一致的色纯度和质量低劣的真“白色”，这就注定led在开始时并不适合作为lcd显示器的背光源。为了消除这一问题，led制造商们将晶片“分区”或分解成具有近似颜色和亮度的区块。这种处理有一定的帮助，但仍有不足、亮度和颜色中仍然存在偏移。厂商最新又研发了彩色校正电
15、路，通过对逐个图元的控制，可以将颜色和亮度上的偏差控制在合理的范围。c、成本高成本太高、价格昂贵，同等尺寸的背光源，led是ccfl价格的4倍。对于目前价格竞争激烈的市场而言，让厂家有些望而却步。只有索尼为了图像质量不计成本。当然，随著工艺的成熟和生产规模的增加，led背光的成本会逐步下降4。1.1.1.4 led市场概况 目前已经研制出红、橙、黄、绿、兰颜色的超高亮度led，其发光效率已超过白炽灯和荧光灯，发光亮度已高于lcd。特别是led采用了高级环氧树脂封装，不仅能耐高温和湿度，而且还耐阳光（紫外线）长期照射，可满足室外全天候、全色显示的需要。用由兰、绿、红led组成的彩色大屏幕可以表现天空和海洋，可以实现三维动画。新一代红、绿、兰超高亮度led以其前所未有的性能，不仅拓展了原有的应用领域，而且将拥有一个潜力巨大的市场。led 可分为可见光 (450780nm) 与不可见光，在可见光部分传统亮度产品已是成熟型产品，产量虽大，不过由于价格低产值不高，