光源原理lschap led第十章固態(tài)照明

本次課主要LED應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)形發(fā)光二極管 端,光源原理,第十 LED與中LED產(chǎn) 端,光源原理,第十 10.1.1LED與中國(guó)盛會(huì): 奧運(yùn)國(guó)家體育場(chǎng) ”夜景照 端,光源原理,第十 奧運(yùn)國(guó)家游泳中心“水立方”的動(dòng)態(tài)LED照明效 端,光源原理,第十 世博世博會(huì)部分場(chǎng)館的LED景觀照明效 來(lái)源:系 端,光源原理,第十 LED與中國(guó)盛會(huì):2010廣州 來(lái)源:系 廣州電視塔“小蠻腰”高610米,世界設(shè)計(jì)在建的最高電視塔之鋼梁內(nèi)側(cè)共安裝6696套LED燈具每個(gè)燈具內(nèi)含16顆1WRGBLED塔頂桅桿處安裝有44套300W的LED彩色投光 端,光源原理,第十 LED產(chǎn) ：SemiconductorLighting→SolidStateLighting-中國(guó)：半導(dǎo)體照 半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展迅速應(yīng)用領(lǐng)域廣泛產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)性強(qiáng)節(jié)能潛力大, 端,光源原理,第十 LED產(chǎn)業(yè):新 性產(chǎn)發(fā)改環(huán)資[2009]2441號(hào)2009-9-22,推動(dòng)我國(guó)半序發(fā)展,培育新的經(jīng)濟(jì)增大消費(fèi)需求,促進(jìn)節(jié)能減排,國(guó)家六部委聯(lián)2014-, 七大新興支柱產(chǎn)業(yè):節(jié)LED產(chǎn)業(yè):新 性產(chǎn)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅 -全球產(chǎn)值年增長(zhǎng)率我國(guó)先后啟動(dòng)了綠色照明工程、半導(dǎo)體照明工年我國(guó)半導(dǎo)體照明總產(chǎn) 億 80億元裝320億元用產(chǎn)品1520億年我國(guó)半導(dǎo)體照明總產(chǎn) 億 105億元裝403億元用產(chǎn)品2068億世界照明工業(yè)正

光源原理,第十 10.1.2LED產(chǎn)業(yè)2013環(huán) 2012環(huán) 2012年產(chǎn)(億元2012年增長(zhǎng)2013年產(chǎn)(億元外封應(yīng)普通照背光應(yīng)景觀照顯示信號(hào)及指汽車照其我國(guó)2012年半導(dǎo)體照應(yīng)用領(lǐng)域分汽車照明信號(hào)及指顯示屏景觀照明

其他

普通照明背光應(yīng)用合 Generallighting的正確翻譯“普通照明”,不是“通用照明 端,光源原理,第十 LED器件LED襯底LED發(fā)光高亮度 技LED 端,光源原理,第十 按材料

電致發(fā)光光源的-無(wú)機(jī)類單晶(LED粉末(EL薄膜按激發(fā)條件-高電場(chǎng)激發(fā)EL-PN結(jié)注入LED, 端,光源原理,第十 LED照明LED模 LED球 LED燈SonWK.Status&expectationofLEDlightingtechnology. SSL2010,43- 端,光源原理,第十 LED照明的光譜純開(kāi)關(guān)時(shí)光電轉(zhuǎn)換效率高,滿 長(zhǎng) 50~100kh,電源20~40燈具效率高不易破損低溫啟動(dòng)(低至?30LED預(yù)測(cè)文章HaitzRTsaoJYSolid-statelightingThecase10yearsafterfutureprospects[J].PhysicaStatusSolidiA,2011,208(1): 端,光源原理,第十 10.2.1LED器件綜LED材料和器件發(fā)展發(fā)光二極管(LightEmittingDiode,利用半導(dǎo)體PN結(jié)把電能轉(zhuǎn)換為光能的器件,由注入的電子和復(fù)合發(fā)應(yīng)用時(shí)材顏光效1信號(hào)全彩,白光照 白光303(Lab,350mA,5150白光160產(chǎn)品(Cree2014-3- 端,光源原理,第十 年月日 物理學(xué)獎(jiǎng)公布：藍(lán)光赤崎勇(Isamu 天野浩(Hiroshi 中村修二 1992年，第一個(gè)藍(lán)光LED。師徒新浪網(wǎng)

溫退藝，奠定藍(lán)光LED產(chǎn)業(yè) 端,光源原理,第十 中村修二 Nakamura)簡(jiǎn)

藍(lán)光LED發(fā)明人藍(lán)光之父”Professor年月日出生于愛(ài)媛縣1994年在德島大學(xué)獲得電氣工程博士 由于在藍(lán)光LED方面的杰出成就,中村獲得了一系列榮譽(yù)包括仁科紀(jì)念獎(jiǎng)(1996IEEEJackA.莫頓獎(jiǎng)英國(guó)頂級(jí)科學(xué)獎(jiǎng)(1998),富蘭克林獎(jiǎng)?wù)?2002)2003年中村入 了400+2014年獲得端,光源原理,第十 中村的研究一度被日亞終止中村的執(zhí)著使得發(fā)明得以完成(191件專利,尚有未公開(kāi)部分)中村修二為日亞化學(xué)獲得了近20BJPY收益,尚不包括將來(lái)的收益 的收入。日亞化學(xué)僅僅支付20kJPY的(年薪1MUSD),中村還被調(diào)離研發(fā)一線, 稱為“中 1999年中村離開(kāi)公司,日亞試圖以60MJPY買斷中村的發(fā)明,并告中村泄談判持續(xù)5年,2005年和解,賠償金額從60BJPY降到0.84BJPY(為67MCNY),過(guò)程曲折,被稱為 2001年,中村在書(shū)中痛批日亞公司和 問(wèn)題了。產(chǎn)業(yè)界和大學(xué)病得不輕。” 端,光源原理,第十 那些等待諾獎(jiǎng)的人們

GeorgeCrafordY1972)曹健林(科技部副部長(zhǎng))鄧青(OLED,1979)Nakamura(B,NickHolonynakJr(R, 端,光源原理,第十 2007年，第11屆國(guó)際光源會(huì)議(復(fù)旦年月 LatestPerformanceofGaN-basedSolidStateLighting 端,光源原理,第十 2009年，復(fù)旦大學(xué)顧 端,光源原理,第十 2009年之后 端,光源原理,第十 光源光Courtesy:C.Jerabek;seealso,G.ZissisandJ.B.Rouffet,JLightVisEnv,2006,30(2):5-s,,dre,

端,光源原理,第十 單色光LEDChipspectrumvsmaterial磷化氮化銦

鋁銦鎵

鋁鎵

端,光源原理,第十 單色光LEDSuperbrightLEDmaterial

RO

RO

ROY

YG

鎵砷磷

端,光源原理,第十 10.2.1LED器件綜外延 端,光源原理,第十 LED器件綜LED工作N區(qū)向?qū)峁┐罅侩奝區(qū)向價(jià)帶提供大量空

VvalenceD:donor,施主能級(jí)Aacceptor受主能級(jí)EF:Fermi能級(jí)PN結(jié)正向偏置勢(shì)壘降低N區(qū)電子注入P區(qū)P入N區(qū)兩者在PN結(jié)附近復(fù)合 1240 波 能級(jí)能量 端,光源原理,第十 LED襯底對(duì)襯底材料的-結(jié)構(gòu),外延與襯底的晶體結(jié)構(gòu)相同或相-化學(xué)穩(wěn)定,外延生長(zhǎng)時(shí)不分解,不腐--光學(xué)性能,對(duì)光的吸收-機(jī)械加工性-低成主要襯底材-GaN:缺點(diǎn)是價(jià)格

-Al2O3:晶格失配大,導(dǎo)電導(dǎo)熱-Si:缺點(diǎn)是晶格失配-ZnO:缺點(diǎn)是高溫下穩(wěn)定性 端,光源原理,第十 LED襯底用于GaN生長(zhǎng)的襯底材襯底晶格失差中差良優(yōu)界面良良良良優(yōu)化學(xué)穩(wěn)優(yōu)優(yōu)良差優(yōu)導(dǎo)熱差優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)熱失差中差差優(yōu)差優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)光學(xué)優(yōu)優(yōu)差優(yōu)優(yōu)機(jī)械差差優(yōu)良中價(jià)中高低高高尺中中大中小 端,光源原理,第十 LED發(fā)光 發(fā)光材料的要合適的帶隙-藍(lán)光LED,要求Eg>3.0可獲得電導(dǎo)率高的N型和P型晶可獲得完整性早期GaN藍(lán)光LED發(fā)展慢,就是因?yàn)樯L(zhǎng)的GaN晶體質(zhì)量 合幾率 端,光源原理,第十 LED發(fā)光高亮度材料體系III族Al,Ga,In陽(yáng)離+V族AsPN陰離AlGaAs:AlxGa1--x=[0,1],Eg=1.424~2.168-x<0.45,主要為直接帶隙躍遷,內(nèi)量子效率-x=[0.45,1],間接帶隙躍遷為主,內(nèi)量子效率迅速降-x=[0.340.40最佳紅光光效640~660-早期難點(diǎn):無(wú)合適單晶襯底材料,P型半導(dǎo)體電導(dǎo)率-問(wèn)題解決:兩步法GaN生長(zhǎng)工藝,P型層退火(Nakamura首創(chuàng)-禁帶寬度1.9~6.2eV200~650nm發(fā)光從紫外到可 端,光源原理,第十 高亮度 技結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的電致發(fā)光結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):提高內(nèi)量子效率和注入效光引出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):提高光引出效電極設(shè)計(jì):提高光 端,光源原理,第十 10.2.4高亮度 技發(fā)光層能帶雙異質(zhì)-N區(qū)和P區(qū)由帶隙不同的半導(dǎo)體組成寬帶隙—?jiǎng)輭緦?窄帶隙—?jiǎng)葳?有2個(gè)勢(shì)壘層和一個(gè)活

DH雙異質(zhì)結(jié)double-雙異質(zhì)結(jié)厚度遠(yuǎn)小于同質(zhì)結(jié),提高載流子濃度,復(fù)合效率 端,光源原理,第十 10.2.4高亮度 技發(fā)光層能帶-活性層厚度減薄到小于電子的德布羅意波長(zhǎng)載流子會(huì)因?yàn)榱孔酉抻蚨l(fā)生能譜改變,特殊結(jié)構(gòu)就是量子-勢(shì)阱中載流子的能帶不再連續(xù),取分立-更薄的活性層有利于提高效

SQW:單量子singlequantumMQW:多量子multiquantumtransparent 端,光源原理,第十 10.2.4高亮度 技(2)提高光引出效率 技傳統(tǒng)封

TIR:totalinternal 折射率遠(yuǎn)大于環(huán)氧樹(shù)脂,光 內(nèi)全反射,光吸收大,效率 端,光源原理,第十 高亮度 技(2)提高光引出效率 技引入厚窗口- 與電極間引入低折射率的厚窗口-擴(kuò)大引出光錐,提高出光效 端,光源原理,第十 10.2.4高亮度 技(2)提高光引出效率 技透明襯底技術(shù)-開(kāi)拓向下光錐,提高光輸出2分布布喇格反射(DBR)結(jié)-增強(qiáng)反射-高/低折射率材料交替, 端,光源原理,第十 10.2.4高亮度 技(2)提高光引出效率 技倒裝技-藍(lán)寶石襯底倒裝,解決散熱和正面電極擋光,提高出光效 端,光源原理,第十 10.2.4高亮度 技提高光引出效率 技表面粗-腐蝕出紋理,減少全反射,增加光輸-光子晶異 技 端,光源原理,第十 currentstretch10.2.4curre