吉林大学硕士学位论文
智能停车场系统管理1
最近十年，高亮度化、全化白光照明一直是ＬＥＤ材料和器件工艺技术研究的前沿课题。［１］ 随着新材料及半导体工业技术的不断发展，自１９９４年起以新型可见光材料ＩｎＧａＡｌＰ和ＩｎＧａＮ为主流，实现了高亮度，多化，加之封装技术的改进，显示信息大型化，出现了ＬＥＤ产品新的 通讯仪
应用领域，使得可见光ＬＥＤ的应用领域由室内扩展到室外，由单显示发展为全彩显示，带来了更多的市场商机。图１．１显示了ＬＥＤ的市场潜力。
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图１．１ ＬＥＤｓ的市场情况
超高亮度（ＵＨＢ）是指发光强度达到或超过１００ｍｃｄ的ＬＥＤ，又称坎德拉（ｃｄ）级ＬＥＤ。超高亮度Ａ１ＧａＩｎＰ和ＩｎＧａＮ ＬＥＤ的研制进展十分迅速，现已达到常规材料ＧａＡ１Ａｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＰ不可能达到的性能水平。１９９１年日本东芝公司和美国ＨＰ公司研制成ＩｎＧａＡ１Ｐ ６２０ｎｍ橙超高亮度ＬＥＤ，１９９２年ＩｎＧａＡ１Ｐ５９０ｎｍ黄超高亮度ＬＥＤ实用化。同年，东芝公司研制ＩｎＧａＡ１Ｐ ５７３ｎｍ黄绿超高亮度ＬＥＤ，法向光强达２ｃｄ。而于１９９４年，日本日亚公司就研制成ＩｎＧａＮ ４５０ｎｍ蓝超高亮度ＬＥＤ。至此，彩显示所需的三基
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红、绿、蓝以及橙、黄多种颜的ＬＥＤ都达到了坎德拉级的发光强度，实现
了超高亮度化、全化，使发光管的户外全显示成为现实。最近几年在ＨＢ
－ＬＥＤ 的新发展使ＬＥＤ的效率产生量子型的飞跃，见图１．２。
图１．２ ＬＥＤ的发展
超高亮度ＬＥＤｓ在信号指示灯、大屏幕显示、背光照明和固体照明光源等领
域获得广泛应用。 ［２］
１．信号指示灯
［３］ 传统的公路、铁路的交通信号灯、警示灯、标志灯、机场跑道灯和各
类汽车的指示灯，采用白炽灯加滤光片的方法实现各指示或显示，对光能 的利用率很低（最高为５０％），而采用超高亮度ＬＥＤｓ不仅高效节能，而且
寿命更长。［４］表１．１将用于交通信号灯的白炽灯和超高亮度ＬＥＤｓ的性能作了
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比较。目前日本采用高亮度红黄蓝ＬＥＤ像素灯作为交通信号灯，其耗电量仅为原来的１２％。
汽车指示灯在车的外部主要是方向灯、尾灯和刹车灯；在车的内部主要是各种仪表的照明和显示。超高亮度ＬＥＤｓ用于汽车指示灯与传统的白炽灯
白炽灯 ＬＥＤｓ
功耗
Ｒｅｄ： ７０Ｗ Ｒｅｄ： １０Ｗ
Ｙｅｌｌｏｗ： ７０Ｗ Ｙｅｌｌｏｗ： ２０Ｗ
Ｇｒｅｅｎ： ７０Ｗ Ｂｌｕｅ－Ｇｒｅｅｎ： ３５Ｗ
使用期限
６～１２ ｍｏｎｔｈｓ ５～１０ ｙｅａｒｓ
失效模式
Ｓｕｄｄｅｎ ｔｏｔａｌ ｆａｉｌｕｒｅ Ｇｒａｄｕａｌ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｄｅｃｒｅａｓｅ
可见能力
Ｕｓｅｓ ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ， ｒｅｆｌｅｃｔｓ ｓｕｎｌｉｇｈｔ
Ｄｉｒｅｃｔ
表１．１ 交通信号灯中应用白炽灯和高亮度ＬＥＤ的性能比较
检查井盖相比具有许多优点，在汽车工业中有着广泛的市场。首先，ＬＥＤｓ能够经受较强的机械冲击和震动。平均工作寿命比白炽灯泡高出几个量级，远远高出汽车本身的工作寿命，因此ＬＥＤ刹车灯可封装成一个整体，而不必考虑维修。其次，ＬＥＤ灯与带有滤光片的白炽灯泡相比具有相当高的流明效率，这样ＬＥＤ刹车灯和方向灯就能够在较低的驱动电流下工作；而较低的电功率还可降低汽车内部线路系统的体积和重量，同时还可减小集成化的ＬＥＤ信号灯的内部温升，允许透镜和外罩使用耐温性能较低的塑料。最后，ＬＥＤ刹车灯的响应时间为１００ｎｓ，比白炽灯的响应时间短，这样便给司机留下了更多的反应时间，减少汽车追尾事故，从而提高了行车的安全保证。从价格上看，尽管Ｌ
ＥＤ灯与白炽灯相比还是较贵的，但从整个系统来看，二者的价格并没有明显的差别。随着超高亮度ＬＥＤ实用化的发展，最近几年价格一直在不断降低，今后降低的幅度还会更大。
２．大屏幕显示
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大屏幕显示是超高亮度ＬＥＤ应用的另一巨大市场，包括：图形、文字、数字的单、双和全显示。广泛应用于体育场馆、车站、机场、工商业等行业的大型和超大型全显示屏，而蓝光ＬＥＤｓ是实现全平板显示的关键器件，是全显示器中价格最贵的器件。目前仅国内广告业、机场和车站需要的大型显示屏年成交额达数亿元人民币，而且该市场仍在以每年约４倍的增长速度迅速发展［５］。另外，传统的大屏幕有源显示一般采用白炽灯、光纤、阴极射线管等；无源显示一般采用翻牌的方法。如今，超高亮度ＡｌＧａＩｎＰ、ＴＳ－ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ ＬＥＤ已能够提供明亮的红、黄、绿、蓝各种颜，可完全满足实现全大屏幕显示的要求。ＬＥＤ显示屏可按像素尺寸装配成各种结构，小像素直径一般小于５ｍｍ，单显示的每个像素用一个Ｔ－１（３／４）的ＬＥＤ灯，双显示的每个像素为双的Ｔ－１（３／４）的ＬＥＤ灯，全显示则需要３个Ｔ－１红、绿、蓝灯，或者装配一个多芯片的Ｔ－１（３／４）的ＬＥＤ灯作为一个像素。大像素则是通过把许多Ｔ－１（３／４）红、绿、蓝ＬＥＤ灯组合在一起构成的。用ＩｎＧａＮ（４８０ｎｍ）
蓝、ＩｎＧａＮ（５１５ｎｍ）绿和ＡＬＧａＡＳ（６３７ｎｍ）红ＬＥＤ灯作为ＬＥＤ显示的三基，可以提供逼真的全性能，用ＬＥＤ彩大屏幕还可以表现天空和海洋，实现三维动画。而且具有较大的颜范围包括：蓝绿、绿红等，这些与国际电视系统委员会（ＮＴＳＣ）规定的电视颜范围基本相符。
３．液晶显示（ＬＣＤ）的背光照明［６］
在液晶显示中至少有１０％采用有源光作为背照明，光源可使ＬＣＤ显示屏黑暗的环境下易读，全ＬＣＤ显示也需要光源。ＬＣＤ背照明所需的光源主要有：白炽灯泡、场致发光、冷阴极荧光、ＬＥＤｓ等，其中ＬＥＤｓ在ＬＣＤ背照明中最有竞争力，因其具有寿命长，出光效率高，无干扰和性价比高等特点，在电子手表、移动电话、ＢＰ机、电子计算器、笔记本电脑和等方面有着广泛的应用。随着便携电子产品日趋小型化，ＬＥＤ背光源更具优势，在手机中都选用ＬＥＤ背光源，因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗，均匀一致方面发展，ＬＥＤ侧部背光板的厚度可做到０．７－３．５ｍｍ，出光效率达到５０－７０％，并且有绿、红、蓝及各种混合随客户选用，不久可能出现厚度相同于ＥＬ的超薄背光源。随着小型液晶显示器在节电型通信产品中的广泛使用，将会对超高亮度ＬＥＤ有更大的需求。
４．固体照明光源
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人们最感兴趣的是ＬＥＤｓ用做照明光源，其直接目标即最大的市场将是逐步取代白炽灯、日光灯和节能灯，应用于普通照明领域。这种趋势已从局部领域由小到大地逐渐扩展。日本通产省号召全国节约能源，正在计划替代白炽灯的发光二极管项目（称为照亮日本的项目），头五年的予算为５０亿日元，如果ＬＥＤｓ替代半数的白炽灯和萤光灯，每年可节约相当于６０亿升原油的能源相当于五个１．３５×１０６ＫＷ核电站的发电量，并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生，改善人们生活居住的环境，因此人们正面临照明变革，期待ＬＥＤｓ给人们带来福音。另外，封装蓝ＬＥＤｓ时在其芯片上添加一定量的黄萤光物质可将光转换成白，白光二极管是微型白炽灯的最佳替代品，价格虽比电泡贵，但不易破碎，更加省电，工作时几乎不发热，可以连续照明１０多年。ＬＥＤ实现白光的方法有几种：一是直接用红、绿、蓝三种ＬＥＤ芯片组装而成，其缺点是结构复杂、发光效率低；二是在蓝ＬＥＤ芯片上涂敷高 效的能被蓝光激发而发黄光的荧光粉，蓝光和黄光混合形成白光，其优点是结构简单、发光效率高，目前日、美等发达国家推出的白ＬＥＤ产品都是用
图１．３ ＬＥＤ照明进展
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6这种方法制成的；第三种方法是在紫或紫外ＬＥＤ芯片上涂覆高效的三基荧光粉而制成白Ｌ
ＥＤ，用这种方法制成的产品显性和发光效率比第二种方法还要高，当紫或紫外ＬＥＤ技术真正成熟以后这种方法将替代第二种方法。日本Ｎｉｃｈｉａ（日亚）公司的白ＬＥＤ产品发光强度达到５．６ Ｃｄ（２０ｍＡ），坐标 ｘ＝０．３１，ｙ＝０．３２，显指数为８５．３。美国光技术公司白ＬＥＤ产品发光强度基本达到１ Ｃｄ。国内也制制出了白ＬＥＤ样品，但是与Ｎｉｃｈｉａ公司产品相比，其发光性能指标还有较大的差距。第四种是用单个芯片直接发白光。但这种方法还在设计之中。白ＬＥＤ光源的研究成功，为ＬＥＤｓ在普通照明中的应用创造了条件。特别是它和太阳能电池联合使用后，作为一个无污染的节能光源，是一种名副其实的绿照明光源。图１．３显示了ＬＥＤｓ用作照明光源的潜力。
无纺布储物箱
在半导体产业的发展中，一般将Ｓｉ、Ｇｅ称为第一代电子材料；而将ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ及其合金等称为第二代电子材料；宽禁带 （Ｅｇ＞２．３ｅＶ） 半导体材料近年来发展十分迅速，成为第三代电子材料，主要包括ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、／金刚石和ＧａＮ等。同第一、二代电子材料相比（表１．２）［７］，
材 料 带隙类型 禁带宽度（ｅＶ） 熔点（０Ｃ） 热导率（Ｗ?ｃｍ－１?Ｋ－１） 电子迁移率（ｃｍ２?Ｖ－１?ｓ－１） 介电常 数 饱 和
速率
（ｃｍ?ｓ－１）
Ｓｉ和ＧａＡｓ
Ｓｉ 间接 １．１１９ １４２０ １．４０ １３５０ １１．９ １?１０７ ＧａＡｓ 直接 １．４２８ １２３８ ０．５４ ８０００ １３．１８ ２?１０７
宽带隙半导体材料
ＳｉＣ 间接 ２．９９４ ２８３０ ４．９ １０００ ９．７ ２?１０７ 金刚石 间接 ５．５ ４０００ ２０ ２２００ ５．５ ２．７?１０７ ＺｎＳｅ 直接 ２．５８ １５００ － １００ ８．１ － ＧａＮ 直接 ３．３６ １７００ １．５ ９００ ８．９ ２．５?１０７
房产电商
表１．２ Ｓｉ、ＧａＡｓ和宽带隙半导体材料的特性比较 粉煤灰水泥
宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、介电常数小和导电性能好等特点，非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件；而利用其特有的禁带宽度，还可以制作蓝、绿光和紫外光的发光管和光探测器件。
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