LED光源在光学引擎的应用.ppt

LED光源在光学引擎的应用
LED的基本概念
*用半导体PN结或类似结构把电能转换成光能的元件称为发光二极管( LED Light Emitting Diode)
*光由注入的电子和空穴复合而产生,也称注入式电致发光
*广义的讲:包括可见光LED 非可见光LED 半导体激光器(Laser Diode)
一般的讲:包括可见光LED
*LED与LD的区别:
半导体激光器是具有谐振腔异质结构的LED
LED
LD
无光学谐振腔
有光学谐振腔
自发辐射
激发辐射
非相干辐射
相干辐射
LED发光原理
*平衡PN结空间电荷区的形成
* PN结正向注入效应
外加电场的方向与自建电场方向相反,空间电荷区的电场被削弱,载流子的扩散大于漂移,电子从N区注入到P区,空穴从P区扩散到N区这种现象叫正向注入效应
*在P区的电子和在N区的空穴分别与多子复合,复合时放出能量:
1 以光子的形式转变为光能(辐射复合)
2 以声子的形式转变为热能(晶格振荡,非辐射复合)
LED的结构
半导体发光(固态发光)优点
*半导体发光(固态发光)优点:
*电光效率高(理论值可达300-400lm/W)
*体积小
*寿命长
*电压低
*节能
*环保
各种照明器件的效率和寿命
光源
光效(lm/W)
工作寿命
白炽灯
16
1000
荧光灯
85
10000
今日LED
65
20000
2010LED
100
50000
2020LED
200
100000
LED电光效率
*注入载流子复合产生光量子的效率,包括外量子效率HY、注入效率HZ、内量子效率HF、出光效率HC
HY=HZ *HF * HC
+外量子效率HY :输出到二极管外部的光量子与注入的载流子数目之比
+注入效率HZ:通常定义为通过PN结的电子电流(或空穴电流)与总电流之比
+内量子效率HF:也称辐射发光效率(辐射效率),复合产生的光量子数与注入的载流子数之比
+出光效率HC :在PN结辐射复合产生的光子出射到晶体外部的百分数
*一般讲:高质量LED的内量子效率HF 、注入效率HZ可达90%以上,但出光效率HC却非常低
出光效率低的原因
*材料吸收损失:LED的衬底对光吸收非常严重
*菲涅尔损失:晶体界面的反射损失,衬底折射率很高()
*全反射角损失:衬底折射率很高导致光出射时的全反射角很小(,全反射角θ=17°,出射角为34 °)
*内量子效率HF降低:不能出射的光在PN结区转换为热量,提高了结温,使晶格震动加剧,非辐射复合增大,影响内量子效率HF降低。
另外,结温升高影响LED寿命。
目前,InGaN有源层在常温时,普通注入电流条件下,内量子效率HF达95%,当结温上升时,内量子效率会比较大的下降。
*提高出光效率和控制结温是提高LED发光效率的有效手段
大功率LED提高发光效率的方法
大功率LED提高发光效率的方法