大功率LED器件的光學 (2)課件

大功率LED器件中的光學問題提綱發(fā)光原理主要光學指標白光的實現(xiàn)光效的提高產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀發(fā)光原理

發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片，在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層，稱為p-n結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。發(fā)光波長與半導體禁帶寬度和晶格常數(shù)之間的關系第三代半導體材料_氮化鎵

1.寬帶隙，通過摻雜，可實現(xiàn)從紫外到紅外的發(fā)光。

2.耐溫性好，可制成大功率器件。

3.導熱性好。

4.化學穩(wěn)定好。

5.抗輻射能力強。

大功率LED器件得以實現(xiàn)的主要原因：

1.藍寶石單晶襯底材料的獲得。

2.耐溫GaN材料的開發(fā)。

3.人工超晶格_多量子阱結構的研究，極大地提高了LED器件的內(nèi)量子發(fā)光效率。

4.MOCVD外延生長工藝的開發(fā)成功。LED器件光電性能綜合測試系統(tǒng)光輻射安全標準檢測設備LED器件的發(fā)光光譜色坐標與色溫不同色溫下物體的顏色顯色指數(shù)白光的實現(xiàn)目前實現(xiàn)白光LED照明的為兩大主流技術：1.利用熒光粉將藍光LED或紫外UV-LED所產(chǎn)生的藍光或紫外光分別轉換為雙波長(Dichromatic)或三波長(Trichromatic)白光，稱之為熒光粉轉換白光LED(PhosphorConverted-LED)。2.多芯片型白光LED，經(jīng)由組合兩種(或以上)不同色光的LED組合以形成白光。器件成本高，但顯色指數(shù)高，色溫連續(xù)可調，多用于室內(nèi)照明和藝術照明。目前白光LED商品以藍光LED芯片搭配黃光熒光粉最為普遍，主要應用于汽車照明與手機面板等領域，以目前白光LED產(chǎn)品市場分析，熒光粉轉換白光LED可謂主流。紅色和綠色熒光粉多為硫化物體系，這類熒光粉發(fā)光穩(wěn)定性差，光效低，光衰較大。LED專用熒光粉Tb3Al5O12:Ce摻鈰鋁酸鋱光學效率的提高LED芯片設計與制造內(nèi)封裝外封裝

光學增透熒光粉光學透鏡反射燈罩LED路燈三名年輕的多倫多大學畢業(yè)生，成立初創(chuàng)企業(yè)制造出聲稱是“史上最省電納米LED燈泡”，被李嘉誠注資發(fā)展。點燈成金。熒光粉膠水環(huán)氧樹脂密封防潮性好，價廉。易光老化，熱裂。有機硅樹脂密封性防潮好，較貴。耐熱性好、耐候性佳、透光性好。附著力欠佳。

光的背向散射熒光粉層直接與芯片接觸，芯片的高溫導致熒光粉層過熱，熒光粉會發(fā)生溫度淬滅及溫漂等現(xiàn)象。芯片散熱不良。膠層因熱應力易導致裂紋。膠層厚度、形狀不易精確控制，導致混光效果不均勻，產(chǎn)品批次重復性不好。熒光粉對入射光會有較強的反向光散射，導致取光效率不高。熒光粉與膠水之間的相對折射率和透光性、擴散性的關系數(shù)據(jù)來源：2008級應用物理，嚴啟臻（留學德國）遠程熒光粉技術：將熒光粉與LED芯片分離，把熒光粉層反向散射的光再反射出去，提高光效。還可解決熒光粉受熱光衰的問題。因熒光粉昂貴，不常采用。據(jù)猜測，飛利浦公司（2009年，首屆）與GE(2011年，第二屆)的參加美國能源部L大獎的參賽作品采用了遠程熒光板技術。光學增透技術光子在GaN材料中產(chǎn)生，為四面發(fā)散光，后向光子經(jīng)布喇格反射層反射前向射出。在各個光學層及光學界面上，光被吸收、散射，光最終出射時，大部分光因全反射而無法射出。窗口層p型限制層有源層n型限制層布拉格反射層n-GaAs襯底表面粗化（致絨）技術為了打破全反射條件，可以在出光面采用物理和化學的方法，將GaN材料表面納米級粗化，可提高取光效率近1倍。光子晶體的使用采用納米微球模板刻蝕工藝，或者采用物理鍍膜的方法，在GaN表面制作納米柱、納米金字塔形的亞波長結構，并經(jīng)嚴格的光學設計，可進一步提高取光效率。其物理本質是利用折射率漸變來實現(xiàn)廣角增透（前面已有介紹）。防眩光燈罩發(fā)明專利：一種防眩光低光損擴散板及其制備方法和應用，2012年授權體散射聚合物導光板及其注塑母料的制備方法，2010年授權廣東2015年成為全球最大生產(chǎn)基地國家發(fā)改委：2016年10月1日禁止生產(chǎn)銷售白熾燈。2010年，全省LED總產(chǎn)值853億元。企業(yè)3000多家。居全國第一。產(chǎn)值占全國70%.2012年，全省LED總產(chǎn)值達1200億元。2015年超3000億元。2015年LED省內(nèi)LED產(chǎn)值預計：LED顯示屏750億，LED背光源450億，室外照明