Фотолюминесцентный преобразователь в эффективных светодиодах белого цвета излучения

• Автор: Феопёнтов, Анатолий Валерьевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 140 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Принцип действия белого светодиода

1.2 Конструкция белого светодиода с люминофорным слоем

1.3 Технология изготовления белого светодиода с

люминофорным слоем

1.4 Параметры белого светодиода с люминофорным слоем

1.5 Эффективность белого светодиода с люминофорным слоем

1.6 Выводы и постановка задачи

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Спектральные характеристики люминофоров
2.2 Оптические характеристики светодиодов
2.3 Электрические характеристики светодиодов
2.4 Гранулометрический состав люминофоров
ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
3.1 Зависимость оптимума светового потока от энергетической
и световой эффективности
3.2 Влияние концентрации люминофора на эффективность преобразования излучения
3.3 Дополнительные исследования отдельных закономерностей
3.3.1 Влияние отражательных свойств подкристальной платы и степени шероховатости поверхности чипа на эффективность преобразования излучения
3.3.2 Особенности нанесения люминофорной смеси каплей на зеркальную подкристальную плату и нанесения тонким плотным
слоем на поверхность чина
3.3.3 Деградация экспериментальных светодиодов в процессе электропрогона
3.3.4 Влияние внешней квантовой эффективности чипа на
эффективность преобразования излучения
3.4 Выводы к главе 3
ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В БЕЛОМ СВЕТОДИОДЕ
4.1 Связь параметров люминофора и энергетической эффективности белого светодиода
4.2 Основы расчета эффективности преобразования энергии
излучения в белом светодиоде
4.3 Эффективность преобразования в случае распределения
частиц люминофора по объему люминофорного слоя
4.4 Влияние характеристик оптических компаундов на эффективность преобразования
4.5 Влияние спектра излучения чипа на эффективность преобразования
4.6 Выводы к главе 4
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ БЕЛЫХ СВЕТОДИОДОВ
5.1 Зависимость теоретической и экспериментальной эффективностей преобразования от цвета излучения и влияние концентрации люминофора
5.2 Зависимость теоретической и экспериментальной эффективностей преобразования, выраженных в световых единицах,
от цвета излучения
5.3 Зависимость общего индекса цветопередачи от цвета излучения
5.4 Оптимизация световых и цветовых характеристик светодиода
5.5 Опробование полученных результатов в массовом
производстве светодиодов
5.6 Выводы к главе 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Белый цвет излучения достигается сложением спектров люминесценции чипа и люминофора. Методы исследования включали в себя: анализ спектров люминесценции, возбуждения и отражения люминофоров; анализ спектров излучения, исследование энергетических и фотометрических характеристик белых и синих светодиодов; исследование чипов и люминофорных слоев методом оптической микроскопии. Практическую ценность работы определяет разработка методики оценки эффективности конструктивного исполнения белого светодиода и методики оптимизации параметров белого светодиода. Практический интерес представляют изученные зависимости эффективности от технических характеристик компонентов светодиода. Проведенная в рамках работы оптимизация параметров мощного белого светодиода позволяет достичь максимального значения светового потока для приемлемых показателей цветности излучения. Применение светодиода с оптимальными параметрами в системах общего освещения повышает их энергоэкономичность и улучшает эксплуатационные качества. ГЛАВА І. Светодиод - это полупроводниковый источник некогерентного оптического излучения, принцип действия которого основан на явлении электролюминесценции при инжекции неосновных носителей заряда через гомо- или гетеро-р-п-переход чипа, входящего в состав светодиода [1]. Светодиоды обладают рядом несомненных преимуществ, в числе которых экономичность, хорошая управляемость, малые габариты, долговечность, высокая механическая прочность, низкое напряжение питания. Эти источники света практически безинерционны и не боятся работы в режиме частых включений/отключений [2]. В настоящее время светодиоды признаны как наиболее стабильные и управляемые день источники света. Время наработки на отказ у современных белых светодиодов доходит до 0 часов (здесь и далее под белым светодиодом понимается светодиод белого цвета излучения) [3]. Для примера, конструкция светодиода одного из наиболее распространенных типов показана на рис. Ток, протекающий через р-п-переход чипа в прямом направлении, проходит по р-области в виде дырок, а по п-области - в виде электронов. Попадая в область перехода, электроны и дырки рекомбинируют, а их энергия переходит в излучение [5]. Область спектра и цвет излучения светодиода определяются химическим составом и структурой эпитаксиальных слоев чипа. Светодиоды позволяют получать спектры свечения красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего и фиолетового цвета, также существуют диоды ультрафиолетового (УФ) и инфракрасного (ИК) диапазонов излучения [6]. Для получения белого света достаточно совместить три излучения из разных частей спектра, например красное, зеленое и синее [7]. Но возможны и другие варианты получения белого света. Так, например, на рис. Все они дают белый свет, но с различными спектральными характеристиками. Дополнительно показан дихромный спектр белого излучения и относительная спектральная световая эффективность. УФ области спектра, в более длинноволновое излучение с помощью люминофора(ов). Оба эти варианта могут быть реализованы в виде как дихромных, так и полихромных систем (рис. На рис. ЯвВ []. Теоретически, такой способ должен быть наиболее эффективным. Для каждого из светодиодов -красного, зеленого и синего - можно выбрать значения тока, соответствующие максимуму его внешнего квантового выхода излучения. Однако, при этих токах и напряжениях интенсивности каждого цвета не будут соответствовать значениям, необходимым для синтеза белого цвета. Необходимого соответствия можно достигнуть, изменяя число диодов каждого цвета и составляя источник из многих диодов. Для практических применений этот способ неудобен, поскольку требуется иметь несколько управляемых источников различного напряжения, множество контактных вводов, а также оптическую систему, смешивающую и фокусирующую излучение от нескольких светодиодов []. Синим и желты» СИД <б)Синий ЧИП ¦ желтый люминофор (! ИСТО*«*#! ЮСимии. СИД . Аша! Для светодиодов с преобразованием излучения с помощью фотолюминесценции возможны различные комбинации чипов и люминофоров для получения белого света [] (рис.