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1、大功率大功率LED器件中的光学问题器件中的光学问题大功率LED器件的光学优秀课件提提 纲纲n n发光原理n n主要光学指标n n白光的实现n n光效的提高n n产业化现状大功率LED器件的光学优秀课件发光原理发光原理 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。在某些半导体半导体材料材料的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。大功率LED器件的光学优秀课件发光原理大功率LED器件的光学优秀课件发光
2、波长与半导体禁带宽度和晶格常数之间的关系大功率LED器件的光学优秀课件n n第三代半导体材料_氮化镓 1.1.宽带隙，通过掺杂，可实现从紫外到红外的发光。宽带隙，通过掺杂，可实现从紫外到红外的发光。2.2.耐温性好，可制成大功率器件。耐温性好，可制成大功率器件。3.3.导热性好。导热性好。4.4.化学稳定好。化学稳定好。5.5.抗辐射能力强。抗辐射能力强。大功率LED器件的光学优秀课件n n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
3、。大功率LED器件的光学优秀课件主要光学指标主要光学指标n n亮度n n发光效率n n出光均匀性n n显色指数n n色温（色坐标）n n光衰（寿命）n n。大功率LED器件的光学优秀课件LED器件光电性能综合测试系统光辐射安全标准检测设备大功率LED器件的光学优秀课件LED器件的发光光谱大功率LED器件的光学优秀课件色坐标与色温大功率LED器件的光学优秀课件光强分布曲线大功率LED器件的光学优秀课件不同色温下物体的颜色大功率LED器件的光学优秀课件显色指数大功率LED器件的光学优秀课件白光的实现白光的实现目前实现白光目前实现白光LED照明的为两大主流技术：照明的为两大主流技术：1.利用荧光粉将
4、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(Phosphor Converted-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。大功率LED器件
5、的光学优秀课件大功率LED器件的光学优秀课件LED专用荧光粉专用荧光粉大功率LED器件的光学优秀课件大功率LED器件的光学优秀课件Tb3Al5O12:Ce 掺铈铝酸铽 大功率LED器件的光学优秀课件大功率LED器件的光学优秀课件大功率LED器件的光学优秀课件大功率LED器件的光学优秀课件光学效率的提高光学效率的提高n nLED芯片设计与制造n n内封装n n外封装 光学增透光学增透 荧光粉荧光粉 光学透镜光学透镜 反射反射 灯罩灯罩 大功率LED器件的光学优秀课件器件结构大功率LED器件的光学优秀课件LED路灯大功率LED器件的光学优秀课件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“
6、史上最省电纳米LED灯泡”，被李嘉诚注资发展。点灯成金。大功率LED器件的光学优秀课件荧光粉胶水荧光粉胶水n n环氧树脂 密封防潮性好，价廉。易光老化，热裂。n n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。大功率LED器件的光学优秀课件荧光粉与胶水的选配荧光粉与胶水的选配 荧光粉的粒径、形状、配比浓度以及与胶水折射率大小的匹配度，决定了荧光粉层透光性的大小。其中，折射率的匹配，最难解决。以黄色荧光粉YAG（钇铝石榴石）为例，其折射率为1.82，而一般的有机胶水折射率较低。有机硅树脂的折射率仅为1.41。可能过改性提高其折射率。荧光粉胶水的折射率环氧树脂：1.48
7、-1.65有机硅树脂：1.41-1.45YAG荧光粉的SEM照片大功率LED器件的光学优秀课件光的背向散射荧光粉层直接与芯片接触，芯片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。粉会发生温度淬灭及温漂等现象。芯片散热不良。胶层因热应力易芯片散热不良。胶层因热应力易导致裂纹。导致裂纹。胶层厚度、形状不易精确控制，胶层厚度、形状不易精确控制，导致混光效果不均匀，产品批次导致混光效果不均匀，产品批次重复性不好。重复性不好。荧光粉对入射光会有较强的反向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。光散射，导致取光效率不高。大
8、功率LED器件的光学优秀课件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）大功率LED器件的光学优秀课件远程荧光粉技术：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。大功率LED器件的光学优秀课件据猜测，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。大功率LED器件的光学优秀课件光学增透技术光学增透技术n n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。n n在各个光学层及
9、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 衬底大功率LED器件的光学优秀课件表面粗化（致绒）技术表面粗化（致绒）技术n n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。大功率LED器件的光学优秀课件光子晶体的使用光子晶体的使用n n采用纳米微球模板刻采用纳米微球模板刻蚀工艺，或者采用物蚀工艺，或者采用物理镀膜的方法，在理镀膜的方法，在GaNGaN表面制作纳米柱、表面制作纳米柱、纳米金字塔形的亚波纳米金字塔形的亚波长结构，并经严格的长结构，并经严格
10、的光学设计，可进一步光学设计，可进一步提高取光效率。提高取光效率。n n其物理本质是利用折其物理本质是利用折射率渐变来实现广角射率渐变来实现广角增透（前面已有介绍）增透（前面已有介绍）。大功率LED器件的光学优秀课件大功率LED器件的光学优秀课件防眩光灯罩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，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年授权大功率LED器件的光学优秀课件广东广东2015 年成为全球最大生产基地年成为全球最大生产基地n n国家发改委：国家发改委：20162016年年1010月
11、月1 1日禁止生产销售白炽灯。日禁止生产销售白炽灯。n n20102010年，全省年，全省LEDLED总产值总产值853853亿元。企业亿元。企业30003000多家。居全国多家。居全国第一。产值占全国第一。产值占全国70%.70%.n n20122012年，全省年，全省LEDLED总产值达总产值达12001200亿元。亿元。20152015年超年超30003000亿元。亿元。n n20152015年年LEDLED省内省内LEDLED产值预计：产值预计：LEDLED显示屏显示屏750750亿，亿，LEDLED背背光源光源450450亿，室外照亿，室外照 明明700700亿，室内照明亿，室内照明100100亿。亿。n n著名企业：东莞勤上光电，花都鸿利光电、广州南科、南著名企业：东莞勤上光电，花都鸿利光电、广州南科、南沙晶科、深圳雷曼光电、洲明电子、珠海德豪润达，江门沙晶科、深圳雷曼光电、洲明电子、珠海德豪润达，江门金威光光电金威光光电 、佛山国星光电。、佛山国星光电。n n广东省新光源产业基地：南海罗村、广州化龙镇、中山古广东省新光源产业基地：南海罗村、广州化龙镇、中山古 镇。镇。大功率LED器件的光学优秀课件
大功率LED器件的光学优秀课件
