《一款替代白炽灯的LED球泡灯的设计》》-毕业论文.doc

PAGE PAGE 第一章 绪论 1.1 LED照明技术的发展与应用现状 1879年10月21日，在美国新泽西州一间积满灰尘的实验室里，爱迪生把很细的碳化纤维丝封在一个玻璃泡里面，利用真空泵抽走玻璃泡里的空气，再稳定地供给电压，使灯丝变成一个很稳定的明亮光源，电力照明时代从此降临。百余年来，电灯的发明在人类科学史上一直占有很重要的地位。虽然后来改良白炽灯泡以适应特殊需求，从而白炽灯可将细分为普通用照明灯、高压和低压电灯、卤素灯、红外线灯等种类，但是大致而言，白炽灯泡还无法作为大型房间或大范围空间的照明器材。 荧光灯是室内照明非常重要的发明，现在全世界夜间一般采用荧光灯作为室内照明工具，其光照面积大，可调整成不同光色。荧光灯满足了人类绝大多数场合的需求。虽然仍在陆续开发各式各样的电灯，然而截至20世纪末，依旧无法发展出比日光灯更符合人类需求的照明灯具。虽然荧光灯有许多优点，但最大的一个缺点就是荧光灯管耗电高，绝大多数的电能都消耗发热上，此外灯管中的汞也会污染环境。因此，寻求新的照明光源一直是科学家和企业界的任务。 在20世纪后期开始发展的发光二极管给未来照明带来曙光。1996年，日本日亚化学公司在GaN蓝光发光二极管的基础上，开发出以蓝光LED激发钇铝石榴石荧光粉而产生黄色荧光，所产生的黄色荧光进而与蓝光混合产生白光(蓝光LED配合YAG荧光粉)，开启了LED迈入照明市场的序幕。 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识。1962年，通用电气公司的尼克?何伦亚克（NickHolonyakJr.）开发出第一种实际应用的可见光发光二极管。 发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为P-N结。若给某些半导体材料的PN结施加正向电压，向PN结中注入少数载流子，此时少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而将电能直接转换为光能；若给PN结施加反向电压，则难以注入少数载流子，故其不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体发出强弱与电流有关的从紫外到红外不同颜色的光线。最初用LED作仪器仪表的指示光源，后来交通信号灯和大面积显示屏中也广泛应用各种光色的产生了很好的经济社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命、低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光，经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。而新设计的信号灯，Lumileds公司采用18个红色LED作为光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。汽车信号灯也是LED光源重要的应用领域。 对于一般照明而言，人们更需要白色光源。1998年开发白光LED成功，这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN芯片发蓝光(λp=465nm，Wd=30nm)，蓝光LED基片安装在覆盖以约200-500nm混有YAG的树脂薄层碗形反射腔中，受此蓝光激发高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉发出峰值为550nm黄色光线。 LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。现在，对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。这种通过蓝光LED得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。 1.2 LED照明应用领域 1.2.1应用领域 总的来说LED有着节能、环保、安全、寿命长等诸多优点，目前国内LED较为成熟的应用领域为建筑景观照明、大屏幕显示、交通信号灯、指示灯、手机及数码相机等用小尺寸背光源、太阳能LED照明、汽车照明、特种照明及军用等，其中建筑景观照明是我国LED最大的应用领域。 1.2.2成熟市场 (1)建筑景观照明 由于LED光源具有节能环保、轻巧耐用、色彩丰富、简单易控、低压安全等一系列优点，在景观照明中具有广泛的应用市场。 (2)交通信号灯 目前，我国高亮度LED城市交通信号灯也已广泛应用。 (3)显示屏|显示器件 我国LED显示屏起步较早，市场上出现了一批具有较强实力的生产厂商，已经形成了一个配套齐全的成熟行业。 (4)小尺寸LCD背光源 LED已在手机、MP3、MP4、DC/DV及PDA等小尺寸LCD面板领域取得了成熟广泛的应用与普及。 (5)汽车应用 随着 LED发光组件技术水平提高，产品价格下降，LED组合尾灯、LED刹车灯、LED转向灯等将会成为我国轿车车灯的主流配置。 (6)太阳能LED照明 LED是低压、直流供电，与太阳能光