大功率LED器件的光学 (2)课件

大功率LED器件中的光学问题提纲发光原理主要光学指标白光的实现光效的提高产业化现状发光原理

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。在某些半导体材料的PN结中，注入的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，从而把电能直接转换为光能。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。发光波长与半导体禁带宽度和晶格常数之间的关系第三代半导体材料_氮化镓

1.宽带隙，通过掺杂，可实现从紫外到红外的发光。

2.耐温性好，可制成大功率器件。

3.导热性好。

4.化学稳定好。

5.抗辐射能力强。

大功率LED器件得以实现的主要原因：

1.蓝宝石单晶衬底材料的获得。

2.耐温GaN材料的开发。

3.人工超晶格_多量子阱结构的研究，极大地提高了LED器件的内量子发光效率。

4.MOCVD外延生长工艺的开发成功。LED器件光电性能综合测试系统光辐射安全标准检测设备LED器件的发光光谱色坐标与色温不同色温下物体的颜色显色指数白光的实现目前实现白光LED照明的为两大主流技术：1.利用荧光粉将蓝光LED或紫外UV-LED所产生的蓝光或紫外光分别转换为双波长(Dichromatic)或三波长(Trichromatic)白光，称之为荧光粉转换白光LED(PhosphorConverted-LED)。2.多芯片型白光LED，经由组合两种(或以上)不同色光的LED组合以形成白光。器件成本高，但显色指数高，色温连续可调，多用于室内照明和艺术照明。目前白光LED商品以蓝光LED芯片搭配黄光荧光粉最为普遍，主要应用于汽车照明与手机面板等领域，以目前白光LED产品市场分析，荧光粉转换白光LED可谓主流。红色和绿色荧光粉多为硫化物体系，这类荧光粉发光稳定性差，光效低，光衰较大。LED专用荧光粉Tb3Al5O12:Ce掺铈铝酸铽光学效率的提高LED芯片设计与制造内封装外封装

光学增透荧光粉光学透镜反射灯罩LED路灯三名年轻的多伦多大学毕业生，成立初创企业制造出声称是“史上最省电纳米LED灯泡”，被李嘉诚注资发展。点灯成金。荧光粉胶水环氧树脂密封防潮性好，价廉。易光老化，热裂。有机硅树脂密封性防潮好，较贵。耐热性好、耐候性佳、透光性好。附着力欠佳。

光的背向散射荧光粉层直接与芯片接触，芯片的高温导致荧光粉层过热，荧光粉会发生温度淬灭及温漂等现象。芯片散热不良。胶层因热应力易导致裂纹。胶层厚度、形状不易精确控制，导致混光效果不均匀，产品批次重复性不好。荧光粉对入射光会有较强的反向光散射，导致取光效率不高。荧光粉与胶水之间的相对折射率和透光性、扩散性的关系数据来源：2008级应用物理，严启臻（留学德国）远程荧光粉技术：将荧光粉与LED芯片分离，把荧光粉层反向散射的光再反射出去，提高光效。还可解决荧光粉受热光衰的问题。因荧光粉昂贵，不常采用。据猜测，飞利浦公司（2009年，首届）与GE(2011年，第二届)的参加美国能源部L大奖的参赛作品采用了远程荧光板技术。光学增透技术光子在GaN材料中产生，为四面发散光，后向光子经布喇格反射层反射前向射出。在各个光学层及光学界面上，光被吸收、散射，光最终出射时，大部分光因全反射而无法射出。窗口层p型限制层有源层n型限制层布拉格反射层n-GaAs衬底表面粗化（致绒）技术为了打破全反射条件，可以在出光面采用物理和化学的方法，将GaN材料表面纳米级粗化，可提高取光效率近1倍。光子晶体的使用采用纳米微球模板刻蚀工艺，或者采用物理镀膜的方法，在GaN表面制作纳米柱、纳米金字塔形的亚波长结构，并经严格的光学设计，可进一步提高取光效率。其物理本质是利用折射率渐变来实现广角增透（前面已有介绍）。防眩光灯罩发明专利：一种防眩光低光损扩散板及其制备方法和应用，2012年授权体散射聚合物导光板及其注塑母料的制备方法，2010年授权广东2015年成为全球最大生产基地国家发改委：2016年10月1日禁止生产销售白炽灯。2010年，全省LED总产值853亿元。企业3000多家。居全国第一。产值占全国70%.2012年，全省LED总产值达1200亿元。2015年超3000亿元。2015年LED省内LED产值预计：LED显示屏750亿，LED背光源450亿，室外照明