畢業(yè)論文(范文).

1、遼寧大學學年論文題 目： 白光LED材料最新進展 學 院： 物理學院 專 業(yè)： 應(yīng)用物理學 姓 名： XXXXXX 指導教師： XXXXXX 完成日期： 201X年X月XX日 摘 要白光LED是21世紀引人注目的綠色光源，具有廣闊的市場與潛在照明應(yīng)用前景。隨著第二代半導體材料氮化鎵的突破和藍、綠發(fā)光二極管的問世 ,在與人類生產(chǎn)、生活息息相關(guān)的照明領(lǐng)域,正在孕育著第二次產(chǎn)業(yè)革命照明技術(shù)革命,其標志是基于白光 LED的半導體燈逐步取代白熾燈和熒光燈。半導體照明采用LED作為新型光源,同樣亮度下 ,耗電僅為普通白熾燈的1/10,而壽命卻可以延長100倍。本文對白光LED的原理及最新進展做了簡要的闡述

2、。全文共分為三個部分，第一部分主要指出白光LED主要是的基本原理及其國際上的一些研究成果；第二部分主要是闡述白光LED用熒光粉及功率型白光LED的研究進展；第三部分進一步得出結(jié)論并提出一些建議和意見。關(guān)鍵詞：白光LED；熒光粉；半導體照明目 錄序言1一、 近年來白光LED進展21. 白光LED的基本原理 22. 國際研究成果3二、 白光LED的最新進展41. 白光LED用熒光粉研究進展42. 功率型白光LED研究進展 5三、 結(jié)論和建議61. 結(jié)論 62. 建議 7參 考 文 獻 8致 謝9序 言 近年來，國際上發(fā)光二極管(以下簡稱 LED)的研究和產(chǎn)業(yè)化方面的工作得到了迅速發(fā)展?！熬盼濉逼陂g

3、，在“863”新材料領(lǐng)域資助下,我國LED產(chǎn)業(yè)化取得了巨大的進展，大大地縮小了與國際先進水平的差距。由于LED效率的不斷提高,特別是高效藍色LED(InGaN/GaN )技術(shù)的突破,不僅填補了LED三基色中的藍色空白，同時使得人們看到了利用 LED 實現(xiàn)白光的希望。美國科學院在一份給政府提供的報告中以交通指示燈為例，對比了原交通指示燈與LED交通指示燈的經(jīng)濟效益,原交通指示燈每年耗2億美元，而LED交通指示燈每年耗資2500萬美元,并預(yù)計在未來十年內(nèi)，LED的市場將增長一個數(shù)量級。LED白光是未來LED用于照明的基礎(chǔ)。半導體LED照明光源具有廣闊的應(yīng)用前景,主要可用作城市改建、擴建工程等建設(shè)項

4、目中所需的特種光源、宣傳櫥窗的裝飾照明燈、體育場館的過道引路燈、停車場道路指示燈、公共信息指示牌內(nèi)部照明燈、草坪燈、庭院燈、壁燈、埋地燈、圍墻燈、建筑物內(nèi)部緊急出口指示牌、用作高速公路及其它高級公路的交通信號燈、指示牌及護欄燈、立交橋、廣告牌等公共設(shè)施的照明燈、城市夜景裝飾燈和用于其它城市景觀照明燈具等等。隨著半導體照明光源在城市景觀、商業(yè)大屏幕、交通信號燈、手機及LED背光源等特殊照明領(lǐng)域的應(yīng)用, 以其飽滿色光、無限混色、迅速切換、耐震、耐潮、冷溫、超長壽、少維修等優(yōu)勢,被認為是21世紀最有可能進入普通照明領(lǐng)域的一種新型固態(tài)冷光源和最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一。白光LED材料的最新進展一、

5、近年來白光LED進展1、白光LED的基本原理白光LED主要是利用藍色LED為基礎(chǔ)光源,將藍色LED發(fā)光的一部分藍光用來激發(fā)熒光粉,使熒光粉發(fā)出黃綠光或紅光和綠光,另一部分藍光透射出來,由熒光粉的黃綠色光或紅和綠光與透射的藍光組成白光。由發(fā)光峰值在430nm或470nm的藍色LED與黃綠色(580nm)熒光粉組成白光我們稱其為二基色白光 LED，由發(fā)光峰值在430nm或470nm的藍色LED與紅色(650nm)和綠色(540nm)組成的白光我們稱其為三基色白光LED。白光LED發(fā)光的方式主要按使用LED發(fā)光二極管的使用數(shù)量可以分為單晶型和多晶型兩種類型。一種是多晶型，即使用兩個或兩個以上的互補的

6、2色LED發(fā)光二極管或把3原色LED發(fā)光二極管做混合光而形成白光。采用多晶型的產(chǎn)生白光的方式，因為不同的色彩的LED發(fā)光二極管的驅(qū)動電壓、發(fā)光輸出、溫度特性及壽命各不相同，因此在使用多晶型LED發(fā)光二極管的方式產(chǎn)生白光，比單晶型LED產(chǎn)生白光的方式復雜，也因LED發(fā)光二極管的數(shù)量多，也使得多晶型LED的成本亦較高；若采用單晶型，則只要用一種單色LED發(fā)光二極管元素即可，而且在驅(qū)動電路上的設(shè)計會較為容易。另一種是單晶型，即一只單色的LED發(fā)光二極管加上相應(yīng)的熒光粉，就如同日光燈的發(fā)光方式一樣，采用LED發(fā)光二極管激發(fā)熒光粉發(fā)光。通常采用兩種方式，一種方式是藍光LED發(fā)光二極管激發(fā)黃色熒光粉產(chǎn)生白

7、光，另一種方式是紫外光LED激發(fā)RGB三波長熒光粉來產(chǎn)生白光。許多廠商主要從事白光LED的研究，通常都先從藍光LED開始研發(fā)及量產(chǎn)，有了藍光LED的技術(shù)之后再開始研發(fā)白光LED，然而目前最常用藍光LED激發(fā)黃色熒光粉來產(chǎn)生白光，但是用藍光LED來發(fā)白光的方式的發(fā)光效率仍然不足，許多廠商開始向另外一個方向就是往紫外光LED來發(fā)展，利用紫外光LED加RGB三波長熒光粉來達到白光的效果，其發(fā)光效率比藍光好上許多。而紫外光LED加RGB三波長熒光粉的方法，則關(guān)鍵技術(shù)在高效率的熒光體合成法，也就是如何把熒光粉有效的附著在晶粒上的一項技術(shù)。2、國際研究成果（1）光效LED自上世紀60年代誕生以來，以每10

8、年亮度提高30倍，價格下降10倍的“海茲定律”般的速度發(fā)展。其理論光效達到260LM/W。據(jù)報道，白光LED光效的實驗室數(shù)據(jù)已超過100lm/W，而進入商業(yè)領(lǐng)域的大功率白光LED也達到40lm/W。隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破，未來大功率LED的光效仍具有很大的上升空間，最高有可能達到150200lm/W。（2）光通量隨著大功率LED的面世和封裝、散熱等關(guān)鍵技術(shù)的突破，5WLED的商業(yè)化進程已初具規(guī)模，這使LED模塊的光通量得到很大提高。來自日亞公司最新的研究數(shù)據(jù)表明，功率分別為5.5W和11W，光通量分別為250lm和400lm的大功率LED集成模塊已經(jīng)研制成功。這使LED用于普通照明的進程又向前邁進

9、了一大步。（3）色溫和顯色性白光LED的色溫和顯色性與白光LED的制備方案密切相關(guān)。1996年日亞公司首先采用InGaN藍光芯片加YAG(釔鋁石榴石)熒光粉的方法制成白光LED。 此后，人們又采用R、G、B三色芯片混光和近紫外芯片激發(fā)R、G、B三色熒光粉混光制成了白光LED。采用藍光LED加YAG熒光粉的方式因其工藝較為簡單，技術(shù)成本較低，是目前制備白光LED最常用的方式，但其顯色指數(shù)也相對較低。添加一定的紅光熒光粉和綠光熒光粉雖能提高顯色指數(shù)，但由于紅光熒光粉的相對轉(zhuǎn)化率較低，通常會引起總體光通量的衰減，即光效的下降。采用近紫外的LED加RGB三基色熒光粉理論上可以獲得任意色溫及較高顯色指數(shù)

10、的白光LED，但用于紫外LED熒光粉的技術(shù)尚未成熟。單芯片涂熒光粉的方法根據(jù)熒光粉的涂敷技術(shù)的不同，通常具有80800K的色溫差異。多芯片的LED理論上可以獲得任意色溫和高顯色性的白光LED，但由于多芯片LED的正向電壓和光輸出不同，另外它們的溫度特性和光維持特性也不相同，因而對電路設(shè)計的要求較高，技術(shù)還不成熟，模塊間色溫差異較大。二、白光LED的最新進展1、 白光LED用熒光粉研究進展（1）黃色熒光粉1996 年日本日亞公司首先研制出發(fā)黃光的釔鋁石榴石( YAG)熒光粉。YAG熒光粉配合藍光LED得到高效率的白光光源。藍光激勵YAG熒光粉,部分藍光被熒光粉吸收而激發(fā)出黃光,其余部分藍光同黃光

11、混合成白光。近年來,研究人員以YAG黃色熒光粉為主要體系,采用摻雜其它元素等方法,使YAG的發(fā)光強度、顯色指數(shù)、發(fā)射峰的位置都有明顯改進。白光LED的實現(xiàn)方式通常是用高效InGaN/GaN基藍色LED芯片發(fā)出藍光來激發(fā)YAG:Ce3+稀土熒光粉,YAG熒光粉被激發(fā)而發(fā)出黃光,激發(fā)出的黃光與剩余藍光混合形成白光。而超細且發(fā)光性能優(yōu)良的YAG:Ce3+粉的制備是該技術(shù)的關(guān)鍵之一。雖然YAG:Ce3+是性能非常好的藍轉(zhuǎn)換材料,但也存在合成溫度高、發(fā)光強度和顯色性不好等缺點。因此國內(nèi)外研究人員也在努力尋找性能更加優(yōu)異的新型藍光轉(zhuǎn)換材料。（2）紅色熒光粉 YAG:Ce3+由于缺少紅光成分,造成目前制得的

12、白光LED顯色指數(shù)偏低,色溫高,偏冷白光。因此,研制高效的紅色熒光粉很重要。胡運生等采用固相反應(yīng)在 CO 高溫氣氛中制備出(Ca1-x,Srx)S:Eu2+,該熒光粉在430490nm可見光激發(fā)時發(fā)射寬帶紅光,通過調(diào)整Sr/Ca的比例,可以改變發(fā)光的范圍,發(fā)射效率較高。但因其化學穩(wěn)定性不好,可以通過包裹SiO2、TiO2、ZnO、Al2O3 等提高化學穩(wěn)定性。HoppeHA報道了新型紅色全氮化合物M2Si5N8:Eu(M =Ca,Sr，Ba),538nm,激發(fā)峰為460nm，半峰寬為78nm，具有熒光轉(zhuǎn)化效率高、化學性能穩(wěn)定等優(yōu)點, 已成功應(yīng)用于低色溫白光LED。XieRJ 等對Sr Si2O

13、2N2:Eu2+,Sr2Si5 N8:Eu2 +及YAG:Ce3+熒光粉進行了激發(fā)光譜和發(fā)射光譜分析。Sr2Si5N8:Eu2 +發(fā)射峰位于635nm,半峰寬為88nm。這些光譜性質(zhì)均為 Eu2+的4f74f6 5d1的躍遷。這種新型氮化物紅色熒光粉具有較高的量子效率(q=90%)。因此, Sr2Si5N8:Eu2+是一種極有潛力的白光LED用紅色熒光粉。2009年Horikawa等采用試劑還原法制備Sr2Si5N8:Eu2+熒光粉,將其與Y AG:Ce3+商業(yè)熒光粉按不同比例混合后與藍光LED封裝,可得到色溫在 2900 6300K ,顯色指數(shù)高達80的白光LED。（3）綠光熒光粉目前藍光激

14、發(fā)的綠色熒光粉不多, 主要以硅酸鹽體系為主。莊衛(wèi)東等制備了二價銪激活的氯硅酸鎂 鈣 Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+的綠色熒光粉。它的激發(fā)光譜非常寬,適于紫外、紫光或藍光LED激發(fā),在波長460nm的藍光激發(fā)下,在500nm 附近有很強的峰。當Eu的含量為2%時,發(fā)光強度達到最大值。另一類綠光熒光粉是 SrSi2O2N2:Eu2+,SrSi2O2N2:Eu2+的發(fā)射光譜是一寬帶,發(fā)射峰位于540 nm 處,300470nm均可有效激發(fā),半峰寬為 65nm ,主激發(fā)峰為400nm。此類熒光粉具有良好的熱穩(wěn)定性,從室溫到200,SrSi2O2N2:Eu2 +的相對亮度只下降14%。2、功率

15、型白光LED研究進展（1）功率型白光LED原理UV LED +R. G. B 熒光粉采用高亮度的近紫外LED( 400nm)泵浦R.G.B三色熒光粉,產(chǎn)生紅 、綠、藍三基色。通過調(diào)整三色熒光粉的配比可以形成白光。相對于藍光 LED +YAG 熒光粉,采用這種方法更容易獲得顏色一致的白光,因為顏色僅僅由熒光粉的配比決定；此外,還可以獲得很高的顯色指數(shù)(90)。其缺點主要有:高效的功率型紫外LED不容易制作;由于Stocks變換過程中存在能量損失,用高能量的 UV 光子激發(fā)低能量的紅綠藍光子導致效率較低；封裝材料在紫外光的照射下容易老化,壽命縮短;存在紫外線泄漏的安全隱患。 藍光 LED +YAG

16、 熒光粉 以功率型GaN基藍光LED為泵浦源,激發(fā)黃色無機熒光粉或黃色有機熒光染料, 由激發(fā)獲得的黃光與原有藍光混合產(chǎn)生視覺效果的白光。這種方法的優(yōu)點是：白光 LED發(fā)光管結(jié)構(gòu)簡單,制作工藝相對容易,而且YAG熒光粉已經(jīng)在熒光燈領(lǐng)域應(yīng)用了許多年,工藝比較成熟。 其缺點主要有：藍光 LED 發(fā)光效率還不夠高；短波長的藍光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生長波長的黃光,存在能量損耗；熒光粉與封裝材料隨著時間老化, 導致色溫漂移；不容易實現(xiàn)低色溫(一般照明用的白光都略微偏暖色，色溫較低)，顯色指數(shù)一般也不高(7080)；功率型白光 LED 還存在空間色度均勻性等問題 。（2）功率型白光LED實現(xiàn)照明需要解決的主要問題穩(wěn)

17、定性問題白光 LED 的色度會隨驅(qū)動電流 、溫度 、時間的變化而發(fā)生改變。驅(qū)動電流會影響藍光波長和熒光粉的量子效率；溫度會影響藍光波長和熒光粉的受激輻射特性，而且,LED的光通量會隨著溫度的升高而下降,溫度每升高5,光通量降低3 %；隨著時間推移,熒光粉加速老化。這些都會對白光LED的色溫、色度產(chǎn)生影響。LED 照明系統(tǒng)的驅(qū)動技術(shù)問題由于單只LED的功率較小,發(fā)光亮度較低,不宜單獨用于照明,為此必須將多個LED組裝在一起設(shè)計成為實用的LED 照明系統(tǒng)。盡管20mA的小功率白光 LED驅(qū)動芯片很多,驅(qū)動方案也基本成熟,但是由于功率型白光LED消耗的功率很大, 其驅(qū)動方式有很大的不同。需要開發(fā)專用

18、于LED照明系統(tǒng)的高效驅(qū)動模塊。 三基色 LED 合成照明系統(tǒng)的補償技術(shù)問題在利用紅綠藍三基色芯片混色,通過調(diào)節(jié)三基色的配比來獲得白光的方法中, 由于三種顏色LED的量子效率不一致,且隨著溫度、驅(qū)動電流變化各異,隨時間的衰減速度也不相同,為了保持顏色的穩(wěn)定,必須通過動態(tài)反饋電路來調(diào)整色度。除此外，還有很多問題尚未解決，例如，顯色性和空間色度均勻性問題，發(fā)光效率問題，及其穩(wěn)定性問題。當然降低半導體照明燈具的成本價格也是當務(wù)之急。二、 結(jié)論和建議1、結(jié)論總體來說，白光LED材料在很多領(lǐng)域的研究都有了很大的進展，無論是在功率型LED還是熒光粉都有了質(zhì)的飛躍，也為照明用LED做了很多。為實現(xiàn)節(jié)能、高效

19、、環(huán)保的半導體照明 ,在芯片方面重點開發(fā)功率型高效藍光和紫外 LED 芯片的半導體照明光源, 提高其發(fā)光效率;在封裝方面研究照明用功率型LED的封裝技術(shù),并提高其光提取效率和空間色度均勻性，在LED燈具方面開發(fā)功率型白光 LED 的半導體照明系統(tǒng) ,設(shè)計LED專用驅(qū)動模塊,都有了很大的進步。2、建議總體來說，白光LED在很多方面都取得了卓越的成就，但是仍存在很多問題有待解決：（1）LED的散熱問題隨著LED功率的增大,產(chǎn)生的熱量增多 ,如果散熱問題解決不好 ,熱量會集中在尺寸很小的芯片內(nèi)。過高的熱量將影響LED發(fā)光器件的性能和工作壽命。改進 LED 的散熱技術(shù),很有必要。（2）提高白光LED的性能現(xiàn)有白光LED光效不是很高，通過稀土、堿土金屬摻雜,改變熒光粉的晶體性質(zhì) , 提高白光LED的光效很有必要。（3）降低半導體照明燈具的成本價格現(xiàn)在白光 LED 及其燈具的成本價格過高, 必須大幅度降價 ,才能大舉進軍照明光源市場,才能與廉價的白熾燈、熒光燈競爭。從近年藍光和白光LED的發(fā)展速度來看,藍光芯片的價格逐年下降,預(yù)計2010年左右能夠達到預(yù)期的成本價格。參考文獻1劉行仁,薛勝薜,黃德森，等，白光LED