白光LED的发光机理及制造难点研究.doc

xx 学 院本科毕业设计（论文）题 目 白光led的发光机理及制造难点研究 电子信息工程 院（系） 电子信息工程 专业 学 号 学生姓名 指导教师 起讫日期 2010.02-2010.06 设计地点 电子信息工程学院 14目 录目 录1摘 要2abstract3第一章 简述白光led发展史4第二章 白光led的发光机理52.1白光led的技术概况52.2 led发光原理52.2.1 led发光机理52.2.2白光led发光原理62.3白光led的发光效率82.4衬底材料92.4.1 led的衬底材料的选择92.5工艺112.6大功率白光led散热技术112.7白光led技术研究12第三章 白光led综述123.1白光led的特点123.2白光led的优点133.3白光led的展望13总 结15致 谢16参考文献17摘 要所谓白光是多种颜色是多种颜色混合而成的光，以人类眼睛所能见的白光形式至少需要两种光混合，如二波长光（蓝色光+黄色光）或三波长光（蓝色光+绿色光+红色光），目前已商品化的产品仅有二波长蓝光单芯片加上yag黄色荧光粉，在未来较被看好的是三波长光，以无机紫外光芯片加r、g、b三颜色荧光粉。用上述两种模式符合的白光都需要蓝光，所以摄取蓝光已成为制造白光led的关键技术，即当前各大led制造公司追逐的“蓝光技术”。此外有机单层三波长型白光led也有成本低、制造容易的优点。预计三波长白光在未来的应用中取代荧光灯、紧凑型节能荧光灯及lcd背光源等市场，对白光led的市场成长有很大帮助。本文对白光led的发光原理进行了研究，包括对发光效率，材料，工艺，封装，成本等。对于白光led的优点进行论述，包括如发光效率，使用寿命，显色性，体积，使用方便，可靠性等。最后，对白光led的发展前景和未来的发展做了描述。关键字：白光led 材料 封装abstractthe so-called multi-color white is a mixture of light colors to the human eye can see at least two kinds of white light mixed forms, such as the two wavelengths of light (blue light + yellow light) or three wavelength light (blue light + green light + red light), the commercialization of products currently only two single-wavelength blue-chip with the yellow yag phosphor, more favored in the future is three wavelengths of light, in order to increase inorganic uv chips r, g, b three color phosphors. using these two models need to meet the white light blue, so uptake of blu-ray has become the key manufacturing white led technology, which currently pursued by major led manufacturer, blu-ray technology. in addition, the organic layer three-wavelength type white light led has low cost and easy to manufacture advantages. expected three-wavelength white light applications in the future to replace fluorescent lamps, compact fluorescent lamps and lcd backlight and other markets, on the white led market growth of great help. in this paper, white led light-emitting principle of the study, including light-emitting efficiency, materials, process, package and cost. the white paper discusses the advantages of led, including such luminous efficiency, lifetime, color rendering, volume, ease of use and reliability. finally, the white leds development prospects and future development was described.key words ：white led materials package第一章 简述白光led发展史1998年白光led的开发成功，使得led应用从单纯的标识显示功能向照明功能迈出了实质性的一步。led光源与传统光源相比较，具有如下优点:超长寿命，可达几万小时，传统光源一般为几千小时;结构坚固，没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件，具有极高的抗震性能;响应速度快;易实现调光和智能控制;耐开关冲击，适用于频繁开关场合;高效节能，现有光效己超过白炽灯，理论光效可达200lm/ w;不含汞、铅等有害物质，没有污染，绿色环保。与白炽灯相比，led在效率、节能、灯具设计等方面都有足够的优势。就结构特性而言，由于led体积小，可以为一般照明系统提供更大的设计自由度。从光度和色度性能考虑，目前单颗led的光通量仍有限，但是一般照明场合，可能要求不同色温的白光，且对显色性要求也不甚相同。led在不同发展阶段的性能，在目前阶段，应充分发挥半导体照明的优势，根据选择合适的应用领域，针对led的特殊结构和光型，通过合理的光学设计，可使目前价格的半导体照明也能有用武之地。开发相应合理的光源系统。满足不同场的照明需求，美国能源部曾预测，2010年前后，美国将有55%的白炽灯和荧光灯被led替代，每年节电价值可达350亿美元，可能形成一个500-1000亿美元的大产业。2007年欧盟春季首脑会议已经达成协议，两年内(2009年以前)欧洲各国将逐步用节能荧光灯取代能耗高的老式白炽灯泡，从2009年规定日期开始，禁止生产白炽灯泡，以减少温室气体排放。我国政府对发展白光led高度重视。“九五”和“十五”均列入科技部“863”，“973”计划，投入大量经费资助。其中由北京大学、中科院物理所和北京有色院联合承担“十五”白光led“863”项目。2003年6月17日，国家科技部正式启动了“国家半导体照明工程”计划，将半导体照明技术的发展和应用提高到战略高度。我国白光led发展主要受到蓝光芯片设计制造能力的制约。在技术研发水平上，国内的蓝光芯片指标已达到国外中档产品水平，个别研发机构的技术水平己达世界先进水平。led封装技术与国外差距较小，在国际市场上已占有相当大的份额，有可能取得关键技术的突破，形成自主知识产权。另外，位于产业链下游的芯片封装与照明应用产业，既是高新技术产业，又是劳动密集型产业，我国具有廉价劳动力的优势，有能力承接国际半导体照明产业的转移。所用关键材料、高效荧光粉有很好基础和条件。据此，不少业内人士认为，中国有可能成为世界上最大的led生产基地之一。我国台湾ingan蓝光芯片开发厂商很多己崛起成为世界蓝光芯片主要供应商，占世界总产量的四分之一;无论质和量都在大陆之上，但质量逊于日美。我国一些led产业基础较好的省份，也针对半导体光源推出了自己的科技攻关项目。2005年3月，广州led工业研发基地正式成立。基地设立研发中心和生产中心，研发中心设在华师大石牌校区内，面积3800平方米，生产中心设在坑口电子(数码)基地，面积3500平方米。首期投资1.2亿人民币，其中香港健隆集团公司投资9000万元，华南师范大学投资1000万元，广州市科技局科技资金支持2000万元。此项目通过政府引导，企业为主，产学研相结合，为led产业发展建立了一套灵活高效的机制。led与荧光灯相比，具有结构紧凑、体积小、平面化、重量轻、方向性好、响应快、无辐射、耐各种恶劣条件等优点，并能消除荧光灯中的汞等有害物体所造成的环境污染问题。但是，在一般照明领域，led与荧光灯相比，无论从成本还是效率方面，还有待提高，相关产品还有一个成熟过程。考虑到尺寸、复杂度以及成本上的优势，近来白光led成为小型便携终端的理想光源。白光led只需相当低的直流电压(3v至4v)，而ccfl则需要极高的交流电压，要占用较大的线路板面积。此外，符合rohs要求，具有更低工作电压，在设计和安全方面提供另一优势，led背光系统还提高碰撞和振动的耐用性。而且led背光响应速度快、色彩饱和度(ntsc)高达130%及动态影像显示效果佳，被认为是未来大尺寸lcd面板中取代ccfl传统背光源、最具增长潜力的背光源，已吸引全球主要led与面板厂商积极开展led背光源的应用研究。其良好的色彩表现特性，还可应用于面向印刷业务的显示器和内窥镜监视器等医疗用途。led芯片的表面面积小，工作时电流密度大，照明往往要求多个led组合而成，led密集度大，发热密度高。结温上升导致光输出减少，芯片加快蜕化，缩短器件寿命。发光二极管随结温的上升向长波方向漂移(橙红色和琥珀色的led色漂移的视觉效应更显著)。如果要考虑到实际应用中对色漂移的不良影响，热设计也要对最高结温进行限制。由于led芯片输入功率的不断提高，对这些功率型led的封装技术提出了更高的要求，散热问题因为牵扯到光、电、色等一系列的问题，成了必须考虑的突出问题。第二章 白光led的发光机理2.1白光led的技术概况led是light emitting diode的缩写，中文译为“发光二极管”。顾名思义，这是一种会发光的半导体器件，且具有二极管的电子特性。led属于半导体光电器件，除了具有发光特性之外，它完全具备半导体整流二极管的特性。自从出现发光二极管led 以来，人们一直在努力追求实现固体光源，随着led制造工艺的不断进步和新型材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发及应用，使发白色光的led固体光源性能不断完善并进入实用阶段。白光led的出现，使led应用领域跨足至高效率照明光源市场。2.2 led发光原理2.2.1 led发光机理led又称为发光二极管，由-族化合物，如gaas（砷化镓）、gap（磷化镓）、gaasp（磷砷化镓）等半导体制成的，他的原理主要是应用二极管体内电子与空穴的复合过程中产生的能量，转化为光能输出，当pn结加正向电压时，n区电子在电场作用下向p区移动，而p区的空穴则向n区移动。(如图1.1)p区的电子和n区的空穴（又称为少子）分别与p区的空穴和n区的电子复合（又称为多子），这时候两者结合就会释放出多余能量。p区和n区都会复合发光，我们现在先假设结合地点为p区，电子注入p区称为少子，可能直接与导带中的空穴复合，也可能被发光中心捕获，而后再与空穴复合，后面这种情况会使得每次结合释放的能量不大不能发出可见光。图1.1 led的pn结结构因而，发光效率直接取决于，这两种发光状态发光复合量的比例。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。并且我们从图可以直观的知道，发光释放的光子的能量与（禁带宽度）成正比，而光子的能量又与波长成反比，得到关系式 = （1-1） =（1-2） 将c，h，e分别代入可以得到如下关系式：1240/eg（mm）。又因为可见光的波长范围是在380nm紫光780nm红光所以带入公式可得到，eg在3.26 ev1.63 ev之间。因此，波长越短的紫光，所要求的禁带宽度也就越宽，这也就是为什么波长相对较短的释放蓝光的led材料在过去难以实现的原因。2.2.2白光led发光原理我们知道，能发出白色光线的led并不存在，原因在于白色并不是单一的频率。哪么白色的led是如何实现呢？(l)红、绿、蓝三基色芯片led或三基色led灯混合实现白光。图 1.2是1931年国际照明委员会发布的色度图，马蹄形边缘，表示单色光;在中心为普朗克轨迹，该曲线循着黑体温度从1000k到10000k以上连续变化(肉眼感受到白光);计色三角顶点，分别标志单色460，540和610nm，是三基色固体照明光源所关注的重点波长，三角内部色域可由三基色得到。图1.2 cie（x,y）色度图。其中e代表纯白色，x带表w-led的颜色。三芯片型发光材料主要有gaasp、algaa等发红光;algalnp/gaas、algalnp/gap等发红光和橙光;gap发绿光;ingan发蓝光。而红、绿、蓝三个led封装一起，光效可达20lln/w，发光效率较高，显色性好。三基色led混合，通过三基色光的分别调整可控制色彩。但三芯片型比三基色混合型成本较高，并且存在红、绿、蓝芯片光衰不同产生变色现象等缺陷。(2)用gan基蓝色led芯片发出的蓝光激发荧光粉发光，使蓝光与黄光混合发出白光。白光led的发射波长(实线)包括蓝光和黄光区域的峰值，但是在肉眼看来就是白色，如图所示(肉眼的相对光敏感性曲线-虚线)。白光led 的发射波长(实线)包括蓝光和黄光区域的峰值，但是在肉眼看来就是白色。白光led原理图如图1.3所示。图1.3白光ledingan蓝光芯片激发yag荧光粉得到的白光，光效可15lm/w。这种方法发光效率高，制备简单，温度稳定性高，显色性也好。但色彩会随角度而变，光一致性较差。由于技术的发展与成本的影响，目前采用这种方法的白光led发展最迅速，技术最成熟，商品化程度最高。(3)紫外光或紫光led激发三基色荧光粉，发出白光。显然也可选用两基色、四基色、五基色荧光粉，同样实现白光led。这种方法决定于荧光粉，易实现较高的显色性，白光制备方法也简便易行。但是目前存在发光效率低，温度稳定性差，紫光容易遗漏等缺陷。图1.4 三种白光及其光谱组成2.3白光led的发光效率 从理论和技术发展角度分析，白光led的光效可以达到200m/w以上，2010年将进入家庭照明领域。为达到预定目标，白光led有两个问题必须解决，即提高光效和光通量。目前人们正对蓝光、紫外光led的芯片、封装工艺（包括荧光粉涂敷工艺）及荧光粉进行改造。对于芯片来说，发展大尺寸芯片，制造大功率芯片，采用芯片导致新技术使外量子效率提高，并积极研制波长更短的紫外光led。最近，美国南加州大学采用四元alingan多层量子阱技术研制出了峰值波长为305340nm的紫外光led，这是目前波长最短的紫外光led。对于这种20um1000um的条状器件而言，峰值波长为340nm的输出功率高达1mw。在白光led设计中在发射蓝光的ingan基板上覆盖转换材料，这种材料在收到蓝光激励时会发出黄光，于是得到了蓝光和黄光的混合物，在肉眼看来就是白色的。白光led的发射波长（如图2.3.1）包括蓝光和黄光区域的峰值，但是在肉眼看来就是白色的。图2.3.1 白光led 的发射波长及肉眼的相对光感性因为白光是不同波长单色光的混合，所以，白光led不可能有一个特定波长，因此，人们用色坐标定义白光led。白光led数据手册中通常给出了色坐标随正向电流增大而变化的关系曲线，如2.3.1正向电流的变化改变了白光led的色坐标，并因此改变了白光质量。采用ingan技术的led并不像标准绿光、红光和黄光led那样容易控制。ingan led的显示波长（色彩）会随着正向电流改变。例如，白光led所呈现的色彩变化产生于转换材料的不同浓度，以及蓝光ingan材料随着正向电压的变化而产生波长变化。在图2.3.2中，通过增大正向电流改变其发射波长，从而改变蓝光led的色彩。图2.3.22.4衬底材料2.4.1 led的衬底材料的选择半导体器件的衬底材料也称为基片材料。外延层都是在衬底材料上生长获得的。led的衬底材料是led器件发展的基石，不同的衬底材料决定了不同的生长技术，芯片加工技术和器件封装技术，因此它决定了led器件的发展路线。关于led衬底材料的选择，通常有以下要求。（1） 结构特型好，外延材料与衬底的晶格结构相同或相近，晶格常数失配度小，结晶性能好；（2） 界面特型好，有利于外延材料的生长，并且黏附性强；（3） 化学稳定性好，在外延生长的温度和气氛中不容易分解和被腐蚀；（4） 热学性能好，包括导热性好和热失配度小；（5） 有良好的导电性，能制成上下层结构；（6） 光学性能好，对光的吸收少，有利于提高器件的发光效率；（7） 机械性能好，器件容易加工；（8） 尺寸大，通常要求直径不小于2in(1in=0.0254m);（9） 价格低廉；衬底材料的选择同时满足上述9个方面的要求是很困难的，所以，人们目前只能通过外延生长技术的变更和器件加工工艺的调整来适应不同衬底上的半导体发光器件的研究与生产。2.4.2led衬底材料的种类（1） 蓝宝石（al2o3）蓝宝石是目前用于生长gan和ingan的主要衬底材料，其优点是化学稳定性好，不吸收可见光，透光性好，制备技术比较成熟，价格适中。但其不足是晶格失配性高，导电性和导热性欠佳，硬度高而不易加工。但是，这些不足目前均得到克服，如采用过渡层生长技术来克服晶格失配，通过同侧p、n电极可克服导电性能差，通过激光划片解决了不易切割的问题。国外对该衬底的主攻方向是生长46in乃至更大直径的单晶，进一步降低杂质污染，提高表面抛光质量。（2） 碳化硅（sic）该衬底材料有许多突出的优点，如化学稳定性好，有优异的导电性和导热性，不吸收可见光等，因此成为目前用于gan、ingan生长的仅次于蓝宝石的衬底材料，它在市场的占有率位居第二。但其不足主要在价格较高，机械加工性能较差、晶体质量难以与蓝宝石和硅媲美。此外，碳化硅材料吸收380nm以下的紫外光，不适合用于制造紫外led。由于sic衬底具有良好的导热性和导电性，不需要像采用蓝宝石衬底的gan led器件那样采用倒装焊技术来解决散热问题，而是采用上、下电极结构，从而能较好地解决功率型gan led器件的散热问题。目前世界上能提供高质量sic衬底材料的厂家只有美国cree等少数几家公司，今后sic衬底的研发主要任务是大幅度降低制造成本和提高晶体晶格质量。（3） 硅（si）硅衬底材料的优点是晶体质量高，尺寸大，成本低，易加工，有良好的导热性、导电性和热稳定性。在硅材料上制备gan led是人们梦寐以求的，一旦在技术上取得突破，外延生长和led器件加工成本将会降低。令人遗憾的是，由于gan外延层与si衬底之间存在巨大的晶格失配和热失配，在gan生长过程中容易形成非晶氮化硅，在si衬底上很难得到无龟裂和实用的gan材料。此外，由于si衬底对光的吸收严重，led的发光效率很低。目前si衬底技术仍在研发阶段，尚未实现产业化。目前，国际较为领先的技术在si衬底上外延的蓝光led为几毫瓦。（4）氮化镓（gan）gan单晶材料是用于生长gan外延层的最理想的衬底。用gan作衬底生长gan外延层，可以大大提高外延膜晶体质量，降低位错密度，提高led发光效率、电流密度和寿命，但这种单晶材料制备非常困难，且价格高，使其实现商品化收到限制。日本和美国的几家公司 采用氢化物气相外延（hvpe）方法，在al2o3、sic等衬底上先生长gan厚膜，再通过剥离技术实现衬底和gan厚膜的分离，分离后的gan厚膜作为外延gan的衬底。一片2英寸的gan价格接近1万美元。目前，国内研究gan衬底是用mocvd和hvpe两种设备分别进行。先用mocvd生长0.11um的结晶层，再用hvpe生长约300um的gan衬底层，最后将原衬底剥离、抛光。这种方法由于衬底分两次生长，表面污染较严重，由于生长过程需降温停顿，造成表面再构，影响第二次生长。（5）砷化镓（ga as） 该材料是目前led中使用较为广泛的，它可以用来ga as、gap、algaas和发光材料的外延层alingap等发光材料外延层。ga as的优点是晶格常数比较匹配，可以制成五位错单晶，加工方便，价格比较便宜；缺点是其为吸光材料，影响led的发光效率。（6）氧化锌（zno）zno与gan的晶格结构相同，禁带宽度非常接近，所以zno是gan外延的候选衬底。但是，zno的致命弱点是在gan外延生长的温度和气氛中容易发生分解和被腐蚀，所以目前尚不能用来制造光电子器件。 在上述led芯片外延衬底材料中，虽然用于gan生长的衬底材料较多，但目前已经实现商品化的仅限于al2o3 和sic两种，其他几种衬底材料有待于继续研发。2.5工艺在1995年前，白光led工艺技术定位于信号装置中的应用，其主要参数为亮度。1995年以后，不但虽光效，还对光通量给予了更大的关注。因此，有必要对白光led的这些参数与传统光源的类似参数进行比较。首先，白光led发出的光与传统光源不同的是有很强的方向性。与传统照明系统效率有关的有效光通量为灯光通量的50%70%。其次，白光led的多数参数与直径有关。通常白光led在晶体内的尺寸约为0.1nm，并按20ma计算。光效为15lm/w的5mm白光led的光通量约为1lm，对于这样的电流和光通量不需要太严格的散热条件。对于照明来说，通常需要几百到几千只5mm的白光led来代替正常光源。因此，白光led灯具应是一个集合的装置，它包含有大量的单体白光led应具有适当的电气、绝热和机械特性，达到二级产品水平。当采用标准的5mm白光led时，二级水平产品的尺寸变得极大。因此，为使照明中采用白光led，所需的工艺技术与标准5mm辐射器有本质区别。为使二级水平产品的尺寸和价格保持在可接受范围内，照明中led的数量必须减少，而单只白光led发出的光应增加10100倍。为了实现此目标，需要增大晶体的尺寸和输出电流值。从本质上看，白光led与传统光源的基本区别是，白光led（二级水平）具有通用灯具中光源与光学器件组合后的光通量和光强分布曲线。白光led发出的是单色光，在用白光led代替传统光源前，必须确定白光led应达到必要的效率水平和质量。2.6大功率白光led散热技术led是靠电子在能带间跃迁产生光，其光谱中不包含红外部分，led的热量不能靠辐射散出，因此led是“冷”光源。目前led的发光效率仅能达到10%20%，也就是说，还有80%90%的热量转换成了热能，如果led芯片的热量不能散出去，会加速芯片的老化，还有可能刀子焊点的熔化而使芯片失效。所以，芯片的温度不能超过125。大功率白光led采用两种新技术，分别是提高电流密度与发光效率。提高电力密度是利用金属封转方式将led产生的热量高效率扩散，以提高输入功率（相对于普通led，大功率白光led可提高2040倍）。2.7白光led技术研究白光led的研究目的是实现高效率、高功率、长寿命，其技术难题是降低缺陷密度、改善欧姆接触、电场均匀性。提高光引出率、减小升温等。在研究中采取的主要措施是侧向生长、匹配衬底、封装技术改进等。从芯片来说，目前在衬底材料、芯片外延技术以及白光led器件的制作方面都取得了比较大的进展。在蓝宝石上，因为它的衬底不匹配，所以采用了侧向外延技术，使白光led的性能得到了比较大的提高。目前芯片研究进展如下。基于蓝宝石衬底的蓝、绿、紫及紫外光led目前所获得的最佳性能是在采取侧向生长等技术的基础上取得的，目的在于减小位错密度。蓝、紫光器件的外量子效率约为40%，而绿、紫外光器件约为15%，离目标值分别相差26倍。基于该芯片的白光led的性能提高主要依赖于荧光粉和等封装技术的改进。由于采用碳化硅所做的器件具有更小的位错密度，基于该衬底的各色光led的性能仍优于蓝宝石衬底侧向成长的led，但由于该衬底材料比蓝宝石贵710倍，有关性能优化的研究工作做的相对较少。分别用碳化硅和氧化铝以及gan和蓝宝石作为衬底材料所做的发光期间对比实验表明，它们的紫外发光特性具有数量级的差别，说明基于匹配衬底所做的低缺陷密度led由可能获得最佳的发光性能（包括流明效率和单管产生的数据）。未来实现高效白光led照明系统实用化，实施半导体照明研究的主要内容如下。研究以使用紫外光led的ain、gan等为中心的化合物半导体的发光机理。改进蓝光、紫外光led的外延生长技术。开发均质外延板。开发高效r、g、b荧光粉。第三章 白光led综述3.1白光led的特点白光led是最被看好的led新兴产品，其在照明市场的发展潜力值得期待。与白炽灯及荧光灯相比，白光led具有体积小（多只、多种组合）、发热量低（没有热辐射）、耗电量小（低电压、小电流启动）、寿命长（1万小时以上）、反应速度快（可高频操作）、环保（耐震、耐冲击，废弃物可回收，没有污染）、可平面封装、易开发成轻薄短小产品等优点，没有白炽灯高耗电、易碎及荧含光灯废弃物汞污染等缺点。白光led与现行照明光源见表3.1。照 明 方 式特 点白光led具有发热量低、耗电量小（白炽灯的1/8，荧光灯泡的1/2）、寿命长（数万小时，是荧光灯的10倍）、反应速度快、体积小、可平面封装等优点，易开发成轻薄短小的产品，是被业界看好在未来10年内代替传统照明器具的一大潜力产品荧光灯省电，但是废弃物有汞污染、易碎白痴钨丝灯效率低，耗电量大，寿命短，易碎表3.1对白炽灯，5mmled与大功率白光led的寿命进行对比，可以发现大功率白光led在寿命上有很大的优势，而白炽灯以及其他一些传统光源在很多技术方面提升的空间已经很小了。led的光谱分布情况决定了其色纯度和饱和度是传统光源所无法比拟的，因此具有很强的竞争优势。led的封装技术决定了其光源发光性非常强，大功率白光led单颗粒光效高，体积小巧，设计弹性很大，可最大限度配合灯光载体的结构特点，且安装方便。3.2白光led的优点近几年业界开始大量采用白光led代替ccfl和el作为led的背光源。与ccfl、el相比，白光led具有如下优点。可使lcd的色彩更逼真，采用白光led可提供130%的ntsc色阶，而ccfl敬畏70%。色阶的扩充使lcd影像的色度更饱和、更逼真；可使lcd的厚度更小，在18英寸lcd模块中，采用白光led作为背光源厚度为46mm，而采用ccfl时为812nm。寿命长，可达5万小时。符合环保要求，白光led不含汞。与el背光源相比，白光led背光源不会产生干扰。因此，白光led背光源广泛用于pc、tv、汽车音响、手机、通信设备、个人数字助理（pda）和手表等领域，它已成为lcd背光源市场的主导产品。2002年白光led的市场需求量的60%左右。目前，有绿、红、蓝和白光led作为lcd的背光源，由于价格因素，绿光led占主流，约占led背光源产品的80%。它的额定电流为220ma，亮度为600mcd。由于白光led的成本较高，目前主要用于彩屏手机和彩屏pda的背光照明以及汽车仪表的照明。未来白光led在技术上有朝三波长全彩方向发展的趋势，目前发光效率为15lm/w，未来目标是达到50lm/w。因此，三波长、全彩、高流明、低成本是白光led的发展方向。白光led的研发动向见表3.2。表3.2 白光led的研发方向发展方向目前指标研发目标提高发光效率15lm/w100lm/w开发gan无机uv-led短波激发光源46nm254nm提高外部量子转换效率10%40%提高荧光材料的能量转换效率60%90%j降低成本0.5美元/流明0.0005美元/流明降低无机led晶体成本1美元/个0.5美元/个高操作功率技术研发3.3白光led的展望在研发和产业化方面，大陆与国际一流水平的lumi1eds、cree、osram、nichia等公司存在较大差距，甚至和韩国和台湾地区相比也有一定差距。国内led封装产品的品种较齐全，封装能力超过200亿只/年，封装的配套能力也很强，主要原材料和配套件来源广泛，如金丝、硅铝丝、环氧树脂、银浆、支架、条带、电镀、塑料框架和各种塑料件、封装模具、各种金属件及工夹具等。但是很多封装厂为私营企业，规模偏小。国内以中科院半导体所、物理所、北京大学、清华大学、信息产业部13所等科研院所为代表，从“九五”开始积极介入第三代半导体材料氮化嫁(gan)led领域的研发，并在“九五”、“十五”期间逐步将技术成果进行转化。国内gan基蓝色led目前仍然存在以下问题:大功率芯片尚待突破，芯片的参数一致性、抗光衰和可靠性指标等有待进一步提高。目前超高亮度led芯片主要依靠进口，高档次的芯片很难购进。大功率led封装刚处于开发阶段，没有大功率led芯片，就很难在封装上有所突破。13所对功率型led封装技术开展研究工作，并开发出功率led产品。其他有实力的led封装企业(外商投资除外)，如佛山光电、厦门华联、宁波爱米达、惠州华岗、江西联创、天津天星和江苏稳润等，已有部分企业正在开展功率led和白光led封装的研发工作，并取得了较好的效果。下图为led的上中下游大致分工生产流程图：图4.1上中游的分工生产流程图图为国内外主要的专利产权形势图。大部分专利技术掌握在以cree、lumileds、nichia、toyodagosei、osram为首的少数大公司手中，对核心技术有很强的保护措施，这些强势企业从高端的外延生长到低端的外封装筑起了专利壁垒，主导了半导体照明产业的进程。国内企业的发展，大多从门槛较低的中端起步，逐步向上游乃至设备的研发发起冲击。在不久的未来，凭借着led的无法替代的优势，led会出现在市场的各个领域，逐步将白炽灯等传统的照明设备的市场份额占据。led带动出的照明革命会影响到千家万户，乃至整个国家，由于广泛使用led作为照明可以使得全国一年内节约下的电能超过整个三峡发电站所发的总电量。所以led的前途不可限量，希望我国尽快赶上欧美，日本，台湾，让我国早日踏入led照明时代。总 结白光led是最被看好的led新兴产品，其在照明市场的发展潜力值得期待。与白炽灯及荧光灯相比，白光led具有体积小（多只、多种组合）、发热量低（没有热辐射）、耗电量小（低电压、小电流启动）、寿命长（1万小时以上）、反应速度快（可高频操作）、环保（耐震、耐冲击，废弃物可回收，没有污染）、可平面封装、易开发成轻薄短小产品等优点，没有白炽灯高耗电、易碎及荧含光灯废弃物汞污染等缺点。文章首先对国内国际的led发展做了一个总的概述，接着对led的发光及led发白光的原理进行了一个详细的研究。随后，对白光led的技术参数做了详细介绍说明，包括白光led的发光效率，衬底材料，封装技术和工艺。然后特别针对大功率白光led的散热技术做了简要说明。在最后一张详细描述了白光led的特点、优点以及未来展望。17致 谢本论文是在导师xx高级工程师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！参考文献1. robert f. pierret，半导体器件基础，电子工业出版社，2006.2. 周志敏 纪爱华 ，白光led驱动电力设计与应用实例，2009.3. 周志敏 周纪海 纪爱华，led照明技术与应用电路，2009.4. 【日】led照明推进协会，led照明设计与应用，2009.5. 陈大华，绿色照明led实用技术，2009.6. 夏建白，现代半导体物理，2000.7. 史国光，半导体发光二极管及固体照明，2007.8. 杨恒，led照明驱动电路设计与精选实例，2008.ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mpjr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zkupxf8wfug9l2g9277g2rtipa1ypczeuqxpkbhtvdcooqozxuz3vjrzmocijym62zchmeootyes8ebmm932tbz2yo09rtszeys8zrd2yktj8l6jeazvajnfbtrylvsm6ofbftoxvrffn7owiygjlamkunxjybz5rrb7r4vsur9zpfzfmfsjhcfca37lnw2vvlrkn7r8psz1bn6oric5hu5z6hcxayqynpog8duybawqs