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1、江海职业技术学院毕业设计摘 要LED的发展由来已久，和半导体雷射组件的发展几乎同步。虽然近年来，LED已发展成独立的一支庞大工业，在早期甚至可谓半导体雷射的附属产品。迄今为止，无数的高功率高传输效果的半导体雷射已成熟的将信号经由越洋海底光缆传送到目的地，而这种先进技术衍生出。发光组件可以产生光源，就可以设计成可见光的型式，应用于信号判别数字显示，甚至于影像处理或显示屏，LED渐渐的独立而自成一体系。LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它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
2、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（光的颜色），是由形成P-N结材料决定的。本课题学习了LED的概述、历史背景、光学参数、色学参数、电学参数、LED的应用与发展、辐照效应与实验。通过实验对红光、绿光LED的光电特性分析，如辐射通量及光电转换效率和I-V的特性曲线。对6种电极即环形电极1
3、、环形电极2、环形电极3、旋转形电极、中心环绕形电极、树形电极，对其进行不同剂量的60Co源伽玛辐照，分别给予2105 rad(Si)、8105 rad(Si)、1.6106 rad(Si)、3.2106 rad(Si) 4种吸收剂量并对辐照后的结果进行光、色参数的测试与分析。关键字： GaN 发光二极管 电极结构 辐照I目 录摘 要I第一章 绪 论11.1 LED概述11.2 LED历史背景21.3 LED应用前景31.4 LED的光源特点61.5 制作LED的半导体材料71.5.1 直接带隙与间接带隙材料81.5.2 GaN基LED和四元系LED101.6 LED相关光色电参数解释111.
4、6.1 光学参数111.6.2 色学参数121.6.3 电学参数121.6.4 LED其他相关参数141.6.5 光色测量的必要性151.7 LED辐照15第二章 6种优化电极在不同辐照剂量下的光、色测试分析182.1 光参数182.2 色参数19第三章 总结21致 谢23参考文献24第一章 绪 论1.1 LED概述LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。 图1.1-1 LED构造图LED的心脏是一个半导体的晶片（如图1.1-1），晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半
5、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（如图1.1-2）。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的1。图 1.1-2 LED发光原理1.2 LED历史背景二十世纪50年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,并于60年代面世。60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光
6、LED。磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮，甚至产生出橙色的光。到70年代中期，磷化镓被使用作为发光光源，随后就发出灰白绿光。LED采用双层磷化镓蕊片（一个红色另一个是绿色）能够发出黄色光。就在此时，俄国科学家利用金刚砂制造出发出黄光的LED。尽管它不如欧洲的LED高效。但在70年代末，它能发出纯绿色的光。80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED的诞生，先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。到20世纪90年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。90年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓Led。超亮度蓝光
7、蕊片是白光LED的核心，在这个发光蕊片上抹上荧光磷，然后荧光磷通过吸收来自蕊片上的蓝色光源再转化为白光。就是利用这种技术制造出任何可见颜色的光。现今，在LED市场上就能看到生产出来的新奇颜色，如浅绿色和粉红色。有科学思想的读者到现在可能会意识到LED的发展经历了一个漫长而曲折的历史过程。事实上，最近开发的LED不仅能发射出纯紫外光而且能发射出真实的“黑色”紫外光。众所周知，近两年来国内LED照明产业可谓是井喷式发展。然而，在这火热的发展大势中，LED照明行业投资过热的迹象明显，同时，LED行业恶性竞争现象开始显现。广日电气总经理吴文斌告诉记者，同样功率的LED照明产品成本是传统照明产品的34倍
8、，但是市场上大量粗制滥造的LED照明产品却以低价抢占市场，极大降低了消费者的信任度。根据国家淘汰白炽灯路线图，从今年起，我国照明行业将加速迈入“节能时代”。政府的千亿采购大单及补贴政策也纷纷出台。然而，LED照明产品在我国市场的普及速度却未跟上利好政策的脚步。如何在发展上突破困局，抢占市场先机，推动产业链的循环发展，是值得思考的问题。东莞勤上光电(002638,股吧)股份有限公司相关负责人认为，可以在LED核心技术攻关上求突破，整合资源优势，降低LED产品价格，推动产品的普及。为此，勤上光电不久前推出了“工厂孵化计划”，将10多年在LED照明产业的成功探索经验和技术研发设计平台、规模化量产能力
9、、商业模式及上市运作经验等与合作商共享。勤上光电相关负责人认为，国内LED照明行业频频出现产品抽查合格率偏低等质量问题，主要根源之一就是国内LED照明产业缺少标准。截至目前，LED在中国已经历了20年的发展历程，但国内仍然缺乏被业界认可的国家标准。业内人士分析，标节能环保准缺失造成LED照明市场的奇怪现象，做高端LED照明产品的公司反而会“吃亏”，因为低端产品可以通过低价轻易拿到项目，这对于一个产业的发展来说是十分不利的。作为全国LED大省的广东一直走在探索LED行业发展的前沿，2011年，广东省质监局和省科技厅联合发布了亚洲首个LED照明产业标准体系规划与路线图，规划广东省在5年内要率先建立
10、130余项LED地方标准，而且标准“起点要高”。要制定标准，而且是高起点的标准，行业的整体水平就必须先提上去。勤上光电相关负责人表示，勤上光电将联合合作企业，在LED照明技术标准的研究、制定、使用和服务等领域开展非营利性技术合作，达成行业共识，从而为促进整个产业高标准的制定起到推动作用，促进产业的良性发展。1.3 LED应用前景LED是近年来全球最具发展前景的高技术领域之一，LED具有寿命长、耗能少、体积小、响应快、抗震抗低温、污染小等优点，被称为第四代照明光源或绿色光源，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次标志性飞跃，将孕育新的光源革命。随着LED高效节能技术的不断创新，其全面取代
11、传统光源已为时不远。目前我国LED产业已经形成了四大片区(珠三角、长三角、福建江西地区、北方地区)、七大基地(大连、上海、深圳、南昌、厦门、扬州、石家庄)的产业格局，形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链，产品技术研发、工程应用等方面获得飞速发展。目前， LED 在发光强度、发光效率、寿命等方面都得到了极大提高, 并迅速商业化，在图像显示、信号指示和照明领域得到了广泛的应用， 成为当今照明技术的发展热点。理论上认为LED 的寿命可长达105106 h ，即在连续点燃的情况下可达10 多年甚至100 年，人一辈子也用不坏一盏灯。但
12、是， 从1996 年第一个白光LED 诞生至今的时间不过10 余年， 如何能确定LED 的寿命可达106 h 呢? LED 的实际寿命成为业内最为关注的问题之一2。随着LED发光效率、发光强度的逐渐提高，以及发光光色对整个可见光谱范围的全覆盖，LED光源的节能效果和实用性得以凸显，其应用领域也得到了较大的拓展。目前LED尤其是高亮度LED已经广泛应用于液晶屏背光源、户内外大屏幕、光通信光源、交通信号灯、景观灯、汽车灯，并逐渐进入路灯、室内照明等传统照明应用领域。LED被称为绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小、反应速度快、耐震性佳、色彩纯度高等特点，可以广泛应用于电视、监视器、手机等的背光
13、;汽车照明;各种功能性照明、景观亮化照明、商业及民用照明;广告指示、交通指示等领域。与传统光源白炽灯和节能灯相比，具有寿命长、光效高、光色纯、稳定性高、安全性好、无辐射、低功耗、抗震、耐击打等优点，被誉为21世纪新固体光源时代的革命性技术。LED作为第四代照明光源，具有比CCFL更优的各项指标，目前背光LED器件作为液晶屏背光源广泛应用于手机、数码相机等便携式电子产品、笔记本电脑、上网本、台式显示器和液晶电视机等终端产品中，在背光领域将全面取代CCFL，成为中短期内LED需求增长的最大驱动因素。以下为LED光源三大应用市场的发展现状与前景分析。一、照明市场在全球能源危机的、环保要求不断提高的环
14、境下，寿命长、节能、安全、绿色环保、色彩丰富、微型化的半导体LED照明已经越来越重要的成为照明技术的未来发展方向。在使用寿命方面，LED采用固体封装，结构牢固，寿命达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。在环保方面，用LED替代荧光灯，避免了荧光灯管破裂溢出汞的二次污染。通过全球LED技术领导厂商对材料、工艺和封装技术的努力改进，高亮度LED的发光效率和性能得到了显着提升，除了传统的背光和显示面板市场外，高亮度LED开始走向室内外普通照明、汽车内外照明、探照灯、交通灯等全新应用。LED照明灯具按照功能分，可以分为公用照明和消费照明。公用照明一般包括路灯，交通灯，隧道灯等;消费照明主要
15、包括商业照明(商场、酒店、专卖店等商业建筑)、办公照明、家居照明、酒店照明、餐饮照明、医院照明、民居照明等。根据工研院产经中心(IEK)在“LED照明产业发展论坛”上的说法，LED电球(灯泡)从2010年开始加速取代白炽灯炮，主要以日本为最具代表性。原因是日本政策补贴、当地消费者环保意识较高，以及厂商降价，创造日本当地LED电球市场快速成长。目前日本市场的LED电球销售市占率已达 19%，等于每卖出5颗电球就有1颗LED电球。欧洲市场则被视为可望继日本之后，成为LED电球下一个发展最快速的市场。据欧盟预计，欧洲将在2012年废掉(禁用)白炽灯泡，加上欧洲许多国家，像是意大利、匈牙利、奥地利、葡萄牙、英国、爱尔兰等等，电价都比日本还要高，也加强节能LED电球取代传统白炽灯泡的推力。预估到2013年，全球LED电球的渗透率将可达10%。此外，筒灯也是LED照明的发展焦点之一。依据日本地区针对建筑业者调查，LED筒灯是建筑业最关注的产品之一，至于模块化和可置换性则是LED筒灯的产品的开发趋势。目前包括GE、德国LBM等大厂，都已针对LED筒灯产品进行开发。整体来说，取代传统灯泡，将是LED照明未来几年内(至少到2013年为止)最大的应用市场。个别应用来看，包括展示照明、商业工业照明、户外照明、室内照明、灯泡取代等等，则将是LED照明未来几年内最主要的应用市场。至于区域市场，目前北
