LED半导体照明灯光设计毕业论文

LED半导体照明灯光设计毕业论文

目录

1引言 (1)

1.1半导体照明光源的提出. (1)

1.2 LED的特性 (1)

1.3 LED照明现状及发展趋势 (4)

1.4相关光度学参数简介 (7)

1.5本课题的研究容 (7)

2 LED的封装与组装 (8)

2.1 LED封装方法的分类 (8)

2.2功率型LED封装存在的问题 (9)

2.3封装发展趋势 (9)

2.4新颖的LED阵列封装技术——流体自组装 (10)

3 LED光源的光电参数 (13)

3.1 LED发白光的原理 (13)

3.2 LED特征参数简介 (13)

3.3LED照明光源光度参数的计算 (14)

4 LED照明光源的制备 (17)

4.1 LED吊顶灯与射灯的设计 (17)

4.2 LED光源驱动电路 (18)

4.3串联调整型稳流电源工作原理 (23)

4.4便携式LED采用的驱动设备 (26)

4.5照明光源的组装 (28)

4.6实验测试与结果分析 (29)

5 LED的散热问题及解决方案 (32)

5.1热对LED的影响 (32)

5.2 LED光源的热传导和疏散 (32)

5.3实际制作的LED散热器及测试 (32)

6结论 (34)

参考文献 (35)

致谢 (36)

外文资料原文 (37)

译文 (39)

1引言

1.1半导体照明光源的提出

随着全球能源价格的飞涨和供应不稳定，世界各国纷纷寻求各种节能方法，以减轻对能源的过度依赖。这其中，占电能终端消费量近20％的照明用电很有发掘潜力。据检索，2004年中国累计发电21870亿度，照明用电约占其中的15％；美国2003年照明用电6000亿度，占发电总量的约20％。由于人们生活对电的严重依赖以及对电力需求量的逐年攀升，电力供应不足或中断会对人们生活造成巨大的影响，近年来中国不断恶化的拉闸限电趋势以及2000年美国和加拿大的大停电等都说明了这一点。现在，随着半导体发光技术的进步，人们将照明节电的希望寄托在一种新型的照明光源——固态照明光源（Solid State Lighting,SSL）上。SSL主要包括无机发光二极管（Light Emitting Diodes, LED）和有机发光二极管（Organic Light Emitting Diodes, LED）。目前LED的亮度较OLED高，其发光效率和发光量提高很快，特别是可用作照明的大功率发光二极管（High-Power Light Emitting Diodes），其发光效率已经超过白炽灯，并向荧光灯的水平迈进，单颗芯片的输入功率已可达5W，甚至10W的水准，而其发光量已超过100流明。

作为充满希望的新一代照明光源，LED具有很多特点：它不依靠灯丝发热来发光，能量转化效率非常高，理论上可以达到白炽灯10%的能耗，相比荧光灯，LED也可以达到50%的节能效果；LED为固体封装，结构牢固，使用寿命长达10万小时以上，是荧光灯的10倍，且废弃物不含汞，不会造成二次污染。根据美国光电工业发展协会（OIDA）的研究，LED照明光源潜在的优点包括：

到2025年，估计全球围由于使用SSL而将节约50％的照明电能，没有任何一种其它的电能消耗行业具有如此大的节能潜力。由于大多数电能来自燃烧矿物燃料，因此节约的电能就相当于每年少向大气中排放几亿吨的碳化物（CO，CO2等）等污染源。不仅减轻对环境的压力，还能节约对电站的投资和巨大的照明支出费用。SSL代表了一种新型的照明光源，它将改变人们对人工照明光源的看法，并创造一个年产值近500亿美元的产业。灯光设计师能将结构精巧、式样新颖的LEDs以面阵列的形式，以任何图案和外形组装在门上、墙上、天花板上，甚至嵌入在家具中，形成无器具感的明亮均匀照明。因此，作为一种新型绿色照明光源，LED，特别是有望进入通用照明领域的大功率白光LED引起了人们广泛的关注和深入的研究，它很有可能在不久的将来取代荧光灯等传统光源，成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯和高压放电灯（High Intensity Discharge，HID）之后的第四代人工照明光源。

1.2 LED的特性

1.2.1 LED发光原理

发光二极管是由Ⅲ－Ⅳ族化合物，如GaAs、AlGaInN、GaAsP等半导体材料在衬底（蓝宝石，硅或SiC等）上外延生长而成，通常采用双异质结和量子阱结构，其核心是PN结。P－N结是携带电子的n型半导体和携带空穴的p型半导体间的过渡层。当p层加上正向电压而n层加上负向电压，电子就从n层流入p 层，空穴从p层迁入n层。在p层中电子较少而存在大量的空穴，反之在n层中，

空穴较少而存在大量的电子。这些电子与空穴的区别是其能量与动量的不同，能量之差称之为半导体材料禁带宽度Eg。导带中的电子与价带中的空穴相互复合时，要释放出多余的能量。放出能量的方式有两大类：

②射光子，成为辐射复合；

②不发射光子，成为非辐射复合，最后转换为热能或激发别的载流子。在热平衡状态下存在着热激发与载流子间复合的平衡。由于不管是p区还是n区中少数载流子（少子）密度都很小，这种复合是很弱的。即使有辐射复合，由于材料的本征吸收，从外部是观察不到光发射的。必须在半导体激发载流子，形成不平衡载流子，即需正向电流注入，它们的复合才会导致显著的光发射,实现电能向光能的直接转换，如图1-1所示。

图1-1 LED发光原理图

为了获得高的发光效率，需要保证以下几点：无辐射复合的寿命要长于辐射复合的寿命，为此需要提高少子的密度；要使晶体中的缺陷密度尽可能少而使注入的载流子密度高，一般是把带隙宽度小的发光层夹到禁带宽度大的层，制成异质结结构，如图1-2所示。