LED chip fénykicsatolásának vizsgálata

Az előadások a következő témára: "LED chip fénykicsatolásának vizsgálata"— Előadás másolata:

1 LED chip fénykicsatolásának vizsgálata
Szanda István 5-öd éve mérnök-fizikus hallgató Koppa Pál dr. docens, BME Atomfizika Tanszék Bakk István, GE Innovation

2 Motiváció „The World won’t be the same after this crisis.” Norman Jones, a Brit Kormány Pénzügyi tanácsadója A világ energiaigényének 20%-a fordítódik világításra $ évente

3 A LED előnyei Robosztus tokozás
Halogén lámpa Kompakt fénycső LED 2008 LED 2013? 1 Élettartam 2000 óra 8000 óra 35000 óra 50000 óra Fény-hasznosítás 20 lm/W 63 lm/W 40 lm/W 150 lm/W Robosztus tokozás Gyakori ki-be kapcsolgatás sem teszi tönkre Fénye könnyen fókuszálható Dimmelhetőség Kvázimonokromatikus fény színszűrők nélkül 1. Eric Bretchneider, Efficacy Limits for Solid-State White Light Source, Photonics Spectra, 2007 March

4 Problémák Drága, ár per lumen (LED: ~10 cent, Kompakt fénycső: ~5 cent) A teljesítmény erősen hőmérsékletfüggő A fehér LED spektruma erősen különbözik a feketetest-sugárzó spektrumától

5 Kicsatolási hatásfok Félvezetők magas törésmutatóval Anyag Törésmutató
nlev=1 nchip=3,4 Félvezetők magas törésmutatóval Anyag Törésmutató GaAs 3,85 GaP 3,35 InP 3,43

6 Kicsatolási hatásfok < 2 %
A magas törésmutató következményei Teljes visszaverődés határszöge: 17o Magas Fresnel-veszteségek Kicsatolási hatásfok < 2 %

7 Diffrakciós számítások Mérési eredmények, modell érvényessége
Modellező rendszer Elektronmikroszkóp Felületi struktúrák MATLAB Diffrakciós számítások ZEMAX Geometriai optika ProSource Mérési eredmények, modell érvényessége

8 Geometriai optikai modellezés
Modellezés eszköze: Zemax Seoul Semiconductor P4 red

9 Modell ellenőrzése Modell Mért lámpa Radiant Imaging ProSource
SSC P4 red Modell Mért lámpa

10 Zemaxban vizsgált lehetőségek
1. Reflektív felületek 2. Tokozó anyagok (n=1,5)

11 Vizsgált lehetőségek 3. Chip alakok (abszorpció)
4. Strukturált felület

12 Kicsatolási hatásfok h~34 % (88 lm/W@620nm)
Vizsgált lehetőségek Kicsatolási hatásfok h~34 % (88

13 Szabadalom-előkészítés
„Patent evaluation board rated to file” Szabadalmi hivatalba beadva

14 Vektordiffrakciós szimuláció
Irodalomkutatás: Mikro-és nanostruktúrák a chip felületén

15 Chipek SEM Osram Golden Dragon red Philips Flipchip RED SSC P4 red

16 B. Micro- és nanostruktúrák modellezése
Módszer: Rigorous Coupled Wave Analysis Periódikus struktúrák a szubsztrát és a szupersztrát (homogén, lineáris, izotróp) Maxwell-egyenletek megoldása Fourier-térben Tool: Matlab, GD-Calc Toolbox

17 Eredmények1 h~34%

18 Eredmények2 h~40%

19 Eredmények3 ~15%

20 A geometriai és a fizikai optikai modellezés egyesítése
Egységes kicsatolási hatásfok, geometriai és anyagtulajdonságok

21 A geometriai és a fizikai optikai modellezés egyesítése
h~37% (95 (Piacon kaphatók teljes hatásfoka nm)

22 Összefoglalás, további tervek
Geometriai optikai számolás Fizikai optikai számolás A modellek egyesítése Érvényesség alátámasztása goniométeres mérésekkel 95 lm/W kicsatolási hatásfok Tervek: Egy, illetve kétdimenziós, magas diffrakciós hatásfokú rácsok tervezése Fotonikai kristályokat hatékonyan számoló program modellező eszközhöz való csatolása Polarizációs effektusok, polarizált fényforrás

23 Köszönöm a figyelmet! Publikációk:
[1] Szanda I., Koppa P., Bakk I. : “Engineering and characteristaion of nanostructures by photon, ion beam and nuclear methods” Smolenice, [2] Szanda I., Koppa P., Bakk I. : LED chip fénykicsatolásának vizsgálata Kvantumelektronika 2008, ISBN [3] Szabadalom publikálás alatt