大功率LED器件的光學(xué) (2)課件

大功率LED器件中的光學(xué)問(wèn)題提綱發(fā)光原理主要光學(xué)指標(biāo)白光的實(shí)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(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱(chēng)為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)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(chēng)LED。發(fā)光波長(zhǎng)與半導(dǎo)體禁帶寬度和晶格常數(shù)之間的關(guān)系第三代半導(dǎo)體材料_氮化鎵

1.寬帶隙，通過(guò)摻雜，可實(shí)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(dǎo)熱性好。

4.化學(xué)穩(wěn)定好。

5.抗輻射能力強(qiáng)。

大功率LED器件得以實(shí)現(xiàn)的主要原因：

1.藍(lán)寶石單晶襯底材料的獲得。

2.耐溫GaN材料的開(kāi)發(fā)。

3.人工超晶格_多量子阱結(jié)構(gòu)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(zhǎng)工藝的開(kāi)發(fā)成功。LED器件光電性能綜合測(cè)試系統(tǒng)光輻射安全標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)設(shè)備LED器件的發(fā)光光譜色坐標(biāo)與色溫不同色溫下物體的顏色顯色指數(shù)白光的實(shí)現(xiàn)目前實(shí)現(xiàn)白光LED照明的為兩大主流技術(shù)：1.利用熒光粉將藍(lán)光LED或紫外UV-LED所產(chǎn)生的藍(lán)光或紫外光分別轉(zhuǎn)換為雙波長(zhǎng)(Dichromatic)或三波長(zhǎng)(Trichromatic)白光，稱(chēng)之為熒光粉轉(zhuǎn)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(diào)，多用于室內(nèi)照明和藝術(shù)照明。目前白光LED商品以藍(lán)光LED芯片搭配黃光熒光粉最為普遍，主要應(yīng)用于汽車(chē)照明與手機(jī)面板等領(lǐng)域，以目前白光LED產(chǎn)品市場(chǎng)分析，熒光粉轉(zhuǎn)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(lèi)熒光粉發(fā)光穩(wěn)定性差，光效低，光衰較大。LED專(zhuān)用熒光粉Tb3Al5O12:Ce摻鈰鋁酸鋱光學(xué)效率的提高LED芯片設(shè)計(jì)與制造內(nèi)封裝外封裝

光學(xué)增透熒光粉光學(xué)透鏡反射燈罩LED路燈三名年輕的多倫多大學(xué)畢業(yè)生，成立初創(chuàng)企業(yè)制造出聲稱(chēng)是“史上最省電納米LED燈泡”，被李嘉誠(chéng)注資發(fā)展。點(diǎn)燈成金。熒光粉膠水環(huán)氧樹(shù)脂密封防潮性好，價(jià)廉。易光老化，熱裂。有機(jī)硅樹(shù)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(dǎo)致熒光粉層過(guò)熱，熒光粉會(huì)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(yīng)力易導(dǎo)致裂紋。膠層厚度、形狀不易精確控制，導(dǎo)致混光效果不均勻，產(chǎn)品批次重復(fù)性不好。熒光粉對(duì)入射光會(huì)有較強(qiáng)的反向光散射，導(dǎo)致取光效率不高。熒光粉與膠水之間的相對(duì)折射率和透光性、擴(kuò)散性的關(guān)系數(shù)據(jù)來(lái)源：2008級(jí)應(yīng)用物理，嚴(yán)啟臻（留學(xué)德國(guó)）遠(yuǎn)程熒光粉技術(shù)：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(wèn)題。因熒光粉昂貴，不常采用。據(jù)猜測(cè)，飛利浦公司（2009年，首屆）與GE(2011年，第二屆)的參加美國(guó)能源部L大獎(jiǎng)的參賽作品采用了遠(yuǎn)程熒光板技術(shù)。光學(xué)增透技術(shù)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(gè)光學(xué)層及光學(xué)界面上，光被吸收、散射，光最終出射時(shí)，大部分光因全反射而無(wú)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(shù)為了打破全反射條件，可以在出光面采用物理和化學(xué)的方法，將GaN材料表面納米級(jí)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(zhǎng)結(jié)構(gòu)，并經(jīng)嚴(yán)格的光學(xué)設(shè)計(jì)，可進(jìn)一步提高取光效率。其物理本質(zhì)是利用折射率漸變來(lái)實(shí)現(xiàn)廣角增透（前面已有介紹）。防眩光燈罩發(fā)明專(zhuān)利：一種防眩光低光損擴(kuò)散板及其制備方法和應(yīng)用，2012年授權(quán)體散射聚合物導(dǎo)光板及其注塑母料的制備方法，2010年授權(quán)廣東2015年成為全球最大生產(chǎn)基地國(guó)家發(fā)改委：2016年10月1日禁止生產(chǎn)銷(xiāo)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(guó)第一。產(chǎn)值占全國(guó)70%.2012年，全省LED總產(chǎn)值達(dá)1200億元。2015年超3000億元。2015年LED省內(nèi)LED產(chǎn)值預(yù)計(jì)：LED顯示屏750億，LED背光源450億，室外照明