led chip fénykicsatolásának vizsgálata
Post on 30-Dec-2015
47 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
LED chip fénykicsatolásának vizsgálata
Szanda István 5-öd éve mérnök-fizikus hallgató
Koppa Pál dr. docens, BME Atomfizika Tanszék
Bakk István, GE Innovation
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
600 000 000 $ évente
A LED előnyei
Dimmelhetőség
Gyakori ki-be kapcsolgatás sem teszi tönkre
Robosztus tokozás
Fénye könnyen fókuszálható
Kvázimonokromatikus fény színszűrők nélkül
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
1. Eric Bretchneider, Efficacy Limits for Solid-State White Light Source, Photonics Spectra, 2007 March
Problémák
A teljesítmény erősen hőmérsékletfüggő
Drága, ár per lumen (LED: ~10 cent, Kompakt fénycső: ~5 cent)
A fehér LED spektruma erősen különbözik a feketetest-sugárzó spektrumától
Kicsatolási hatásfok
Félvezetők magas törésmutatóval
3,43InP
3,35GaP
3,85GaAs
TörésmutatóAnyag
90onlev=1
nchip=3,4
A magas törésmutató következményei
Teljes visszaverődés határszöge: 17o
Magas Fresnel-veszteségek
-50 0 500
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100Transmission p polarization n=4.02
T (
%)
Incident angle (degree)-50 0 50
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100Transmission s polarization n=4.02
T (
%)
Incident angle (degree)
Kicsatolási hatásfok < 2 %
MATLABDiffrakciós számítások
ZEMAXGeometriai optika
ProSourceMérési eredmények,
modell érvényessége
ElektronmikroszkópFelületi struktúrák
Modellező rendszer
Modell ellenőrzése
Modell Mért lámpa
Radiant Imaging ProSource
Szögkaraktetrisztikák
1,8
14,4 27 39
,652
,264
,877
,4 9010
2,611
5,212
7,814
0,4
153
165,
617
8,2
Szög (fok)
Inte
nzi
tás
Mérés
Model
SSC P4 red
Zemaxban vizsgált lehetőségek1. Reflektív felületek
2. Tokozó anyagok (n=1,5)
-100 -50 0 50 1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100Transzmittancia p polarizacio n=3.43
T (
%)
Beesési szög (fok)-100 -50 0 50 1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90Transzmittancia p polarizacio n=3.43
T (
%)
Beesési szög (fok)
B. Micro- és nanostruktúrák modellezéseMódszer: Rigorous Coupled Wave Analysis
Periódikus struktúrák a szubsztrát és a szupersztrát (homogén, lineáris, izotróp)
Maxwell-egyenletek megoldása Fourier-térben
Tool: Matlab, GD-Calc Toolbox
Eredmények2
~40%0
20
40
60
80
0
10
20
30
40
50
0
20
40
Periódus (100nm)Magasság (100nm)
Diff
rakc
iós
hatá
sfok
(%
)
A geometriai és a fizikai optikai modellezés egyesítése
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
-3
-2
-1
0
1
-0.5
0
0.5
1
1.5
x2 (m)
x3 (m)
x 1 ( m
)
Egységes kicsatolási hatásfok, geometriai és anyagtulajdonságok
A geometriai és a fizikai optikai modellezés egyesítése
37% (95 lm/W)@620nm(Piacon kaphatók teljes hatásfoka 36-58 lm/W@620 nm)
Összefoglalás, további tervekGeometriai optikai számolásFizikai optikai számolásA modellek egyesítéseÉrvényesség alátámasztása goniométeres mérésekkel95 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
Köszönöm a figyelmet!
Publikációk:[1] Szanda I., Koppa P., Bakk I. : “Engineering and characteristaion of nanostructures by photon, ion beam and nuclear methods” Smolenice, http://www.milp.sk/er08/[2] Szanda I., Koppa P., Bakk I. : LED chip fénykicsatolásának vizsgálata Kvantumelektronika 2008, ISBN 978-963-06-5922-2[3] Szabadalom publikálás alatt
top related