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白光 LED 的结构与 发光原理

白光 LED 的结构与 发光原理. 报告人：庞 涛. 1 、多芯片型 LED. 芯片材料选取： AlGaInN 和 AlGaInP. 优点： 1 、无 Stokes 位移能量损失 2 、无荧光粉中非辐射复合损失 缺点： 1 、不同芯片的驱动电压不同，需要分别供电 ，因此电路复杂，成本高 2 、不同芯片的老化衰减不一致，长期工作会导致色温偏移. 2 、量子点 LED. 2.1 什么是量子点： 量子点是准零维的纳米材料，粗略地说，是指三个维度的尺寸都在 10 nm 以下，由于其内部电子在各方向上的运动都受到限制，所以量子局域效应特别显著。

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白光 LED 的结构与 发光原理

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Presentation Transcript

  1. 白光LED的结构与发光原理 报告人：庞 涛

  2. 1、多芯片型LED 芯片材料选取：AlGaInN和AlGaInP 优点： 1、无Stokes位移能量损失 2、无荧光粉中非辐射复合损失 缺点： 1、不同芯片的驱动电压不同，需要分别供电 ，因此电路复杂，成本高 2、不同芯片的老化衰减不一致，长期工作会导致色温偏移

  3. 2、量子点LED 2.1 什么是量子点： 量子点是准零维的纳米材料，粗略地说，是指三个维度的尺寸都在10 nm以下，由于其内部电子在各方向上的运动都受到限制，所以量子局域效应特别显著。 2.2 量子点LED工作原理： 不同尺寸的量子点电子和空穴被量子限域的程度不一样，分子特性的分立能级结构也因量子点的尺寸不同而不同，因此在收到外来能量激发后，不同尺寸的量子点将发出不同波长的荧光。

  4. 2.3 量子点LED结构（一） 通过镀膜法将量子点材料均匀涂覆在电子传导层和空穴传导层之间，通过改变量子点的种类和尺寸来控制材料发射光谱的范围。 优点： 发光层由量子点胶体溶液旋涂制成，工艺简单、成本低、可制成柔性器件。

  5. 3.4 量子点LED结构（二） 利用MBE直接在衬底上生长包含点的纳米线 电子注入式发光，效率更高。 • Catalyst-free InGaN/GaN dot-in-a-wire heterostructures are grown by molecular beam epitaxy on Si(111) substrates. Appl. Phys. Lett., vol. 96, 013106, 2010. Nano Lett., in press.

  6. 2.5 量子点LED结构（三） Nizamoglu等人2008年通过利用蓝紫光LED与量子点荧光粉组合，实现显色指数80以上、色温在3000K、流明效率高达300 lm/W的暖白色发光。

  7. 3、蓝光LED+荧光粉 优点：成本低，工艺成熟 缺点： 1、显色性差 2、发光颜色受驱动电压影响 3、荧光粉涂层厚度影响色温均匀性 4、封装用环氧树脂易高温老化 5、适用的荧光粉少

  8. 3.1 一种提高荧光显色性的方法 通过对荧光粉掺杂的改进，引入Gd3+、Pr3+使610nm处出现明显发射峰，且荧光主峰发生红移，从而使光谱中红光成分增强。

  9. 3.2 一种提高相关色温分布均匀性的方法 用于照明的白光LED，其相关色温的空间分布均匀性是产品性能的重要指标。人眼能分辨的相关色温差异约为50~100K，而目前普通白光LED由于采用直接在芯片表面涂覆荧光粉和硅胶混合体，而荧光粉粉层厚度难以控制，使得整个出射的白光相关色温分布难以达到均匀一致。其角向相关色温差异高达800K. 解决方案： 优化涂覆工艺，改善荧光粉层厚度的均匀性。

  10. 3.3 一种提高光效和使用寿命的封装方法 传统封装方法采用荧光粉涂覆和环氧树脂封装技术，对于小功率器件可以满足要求，但对于大功率器件，由于工作电流高达350mA，因此会加速环氧树脂材料的老化，从而影响器件的发光效率和使用寿命。 1、解决方法：利用微晶玻璃代替传统方法 2、指导思想：与树脂相比，玻璃材料更耐高温、且导热性更好。

  11. 4、紫外、近紫外、紫光LED+荧光粉 优点： 1、色温不受电流影响 2、显色性好 3、适用材料丰富 可采用单相基质（宽带谱、分立谱）， 也可采用多相基质（分立谱）。 4、发光效率高 缺点： 1、紫外芯片发光效率低 2、封装树脂抗紫外辐射老化能力差

  12. 5、近红外LD（LED）+荧光粉 5.1 优点： 1、色温不受电流影响 2、显色性较好 3、适用材料丰富 可采用单相基质（宽带谱、分立谱）， 也可采用多相基质。 4、材料稳定好，无光衰 5、成本低 6、色温与亮度便于调节 5.2缺点：效率偏低

  13. 5.3 上转换发光原理 Auzel提出的6种上转换发光机理

  14. 5.4 色温调节

  15. 5.5 色平衡的控制

  16. 图2.4 ACBM:22.6Yb/0.05Tm/0.375Er在单一980 nm LD泵浦下的上转换光谱 图2.5 在不同泵浦功率密度下的色点坐标

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