Giới thiệu về Diode phát quang (LED) và ứng dụng Cấu tạo chuyển tiếp pn Nguyên lý của chuyển tiếp pn Hiệu suất lượng tử trong và hiệu suất lượng tử ngoài Đặc trưng điện quang. Phổ phát xạ Hàm đáp ứng thời gian Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát xạ Vật liệu chế tạo diode phát quang Diode phát quang có cấu trúc dị chất Diode phát quang phát xạ bờ bên Diode phát quang phát xạ bề mặt Phân loại LED về phổ phát xạ Yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động Ứng dụng của diode phát quang (LED)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT Seminar mơn học: QUANG ĐIỆN TỬ VÀ THƠNG TIN QUANG SỢI Chủ đề: ĐIỐT PHÁT QUANG (Light Emitting Diode) Nội dung Tổng quan LED Sơ lược chuyển tiếp P-N Các thông số đặc trưng yếu tố ảnh hưởng Vật liệu chế tạo Phân loại ứng dụng Nội dung Mục STT Chuyên mục Tổng quan Giới thiệu Diode phát quang (LED) ứng dụng Cấu tạo chuyển tiếp p-n Chuyển tiếp p-n Nguyên lý chuyển tiếp p-n Hiệu suất lượng tử Hiệu suất lượng tử Hiệu suất lượng tử hiệu suất lượng tử ngồi Đặc trưng điện quang Các thơng số đặc trưng diode phát quang Phổ phát xạ Hàm đáp ứng thời gian Ảnh hưởng nhiệt độ đến phát xạ Vật liệu chế tạo 10 Diode phát quang có cấu trúc dị chất Phân loại LED cấu trúc diode phát quang 11 12 Vật liệu chế tạo diode phát quang Diode phát quang phát xạ bờ bên Diode phát quang phát xạ bề mặt Phân loại LED phổ phát xạ Phân loại LED phổ phát xạ 13 Yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động Yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động 14 Ứng dụng Ứng dụng diode phát quang (LED) Khái niệm LED Giới thiệu Diode phát quang (LED) ứng dụng - Khái niệm LED, - Lịch sử đời, - Quá trình phát triển, - Một số hình ảnh ứng dụng LED Khái niệm LED LED (Light Emitting Diode): điốt có khả phát ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống điốt, LED cấu tạo từ khối bán dẫn loại p ghép với khối bán dẫn loại n Lịch sử phát triển LED 1907 – Hiện tượng biến điện thành ánh sáng H J Round phát 1955 – Rubin Braunstein phát phát xạ tia hồng ngoại từ GaAs bán dẫn khác 1961 – Bob Biard, Gary Pittman tìm thấy GaAs cho xạ hồng ngoại có dịng điện chạy qua 1962 – Nick Holonyak phát LED đỏ 1972 – M George Craford chế tạo LED vàng 1976 – T P Pearsall lần chế tạo LED công suất cao 1994 – Shuji Nakamura phát minh LED xanh da trời làm từ InGaN 1995 – Alberto Barbieri khảo sát hiệu suất độ bền LED độ sáng lớn thu kết lớn cách sử dụng tiếp xúc suốt làm từ ITO LED (AlGaInP/GaAs) 2001 – Quy trình cấy GaN lên chất SiO thực 2012 – LED công suất lớn theo công nghệ thương mại hóa Hình Lịch sử LED © https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode Quá trình phát triển Đèn LED đời Gần Ngày Nay ký sau Kiểu dáng đen mỏng Và đẹp Thành to lớn sau trình Chỉ mắt LED màu xanh màu đỏ với cường độ ánh sáng thấp Sử dụng bóng đèn LED với cường độ ánh sáng lớn thay đổi ánh sáng điều khiển từ xa màu sắc lịch sử lâu dài lao động trí óc kỷ qua Sau chip LED tìm lần đàu tiên, tạo đèn LED tiết kiệm người ta Chế tạo chip LED có điện đễ dàng ứng dụng màu ánh sáng trắng nhiều khơng gian,nhiều chủng loại, thiết đa dạng -> đưa vào sử dụng kế đẻ thắp sáng phục vụ đời sống Một số hình ảnh ứng dụng LED Cấu tạo chuyển tiếp p-n • • • Sơ đồ nguyên lý, cấu tạo, Các loại hạt tải điện bán dẫn loại p n, Cơ chế khuếch tán, Bán dẫn loại P bán dẫn loại N Trong bán dẫn hay gọi bán dẫn nội tại(intrinsic semiconductor) có mật độ electron tự với mật độ lỗ trống Trong thực tế, người ta tạo vật liệu bán dẫn mật độ electron lớn mật độ lỗ trống (loại N) vật liệu bán dẫn có mật độ lỗ trống lớn mật độ electron tự (loại P) Các vật liệu bán dẫn gọi bán dẫn có pha tạp chất Bán dẫn mà electron tự chi phối gọi bán dẫn loại N, ngược lại, bán dẫn lỗ trống chi phối chủ yếu gọi bán dẫn loại P 10 Truyền dẫn quang LED thông thường sử dụng bước sóng 850 nm 1310 nm LED thường sử dụng hệ thống có tốc độ liệu thấp Chúng sử dụng ứng dụng mà tốc độ liệu cỡ hàng trăm MHz 88 Truyền dẫn quang Các loại LED thông dụng LED Burrus LED tiếp xúc mặt GaAs: LED phát xạ rìa (ELED :Edge LED phát bước sóng dài Light Emitting Diode) 89 Truyền dẫn quang LED phát xạ rìa (ELED :Edge Light Emitting Diode) Cấu tạo điện cực tiếp xúc kim loại phủ kín mặt đáy Ánh sáng phát hai phía mặt mà bị giữ vùng phát sáng Lớp phát sáng mỏng vật liệu có chiết suất lớn kẹp hai lớp P N có chiết suất nhỏ Cấu trúc giống cấu trúc sợi quang Ánh sáng phát hai đầu ống dẫn song này, cực nối với nguồn quang Cấu trúc có ưu điểm vùng phát sáng hẹp góc phát sáng nhỏ nên hiệu suất ghép quang vào sợi quang cao Tuy nhiên có hạn chế hoạt động nhiệt độ ELED tăng cao 90 Truyền dẫn quang ELED :Edge Light Emitting Diode LASER 91 Truyền dẫn quang LED tiếp xúc mặt GaAs: Cấu trúc đơn giản nhất, Dùng bán dẫn GaAs với nồng độ khác để làm lớp loại N lớp phát quang loại P Lớp P dày khoảng 200 �m, Ở mặt lớp P có phủ lớp chống phản xạ để ghép ánh sáng vào sợi quang Bước sóng phát LED GaAs khoảng từ 880 đến 950 nm 92 Truyền dẫn quang LED Burrus: Cấu trúc nhiều lớp bao gồm lớp bán dẫn loại N P với bề dày nồng độ khác Với cấu trúc nhiều lớp vạch tiếp xúc P có kích thước nhỏ, vùng phát sáng LED burrus tương đối hẹp Ngồi bề mặt LED có khoét lỗ để đưa sợi quang vào gần vùng phát sáng Bước sóng LED Burrus dùng bán dẫn AlGaAs/ GaAs khoảng từ 800 - 850 nm Nếu dung bán dẫn loại InGaAsP/ InP bước sóng phát dài 93 Truyền dẫn quang LED phát bước sóng dài: phát bước sóng dài (1300nm 1550nm ) dùng bán dẫn • LED AlGaAsP/InP Tương tự LED Burrus, loại có cấu trúc nhiều lớp có đường kính vạch tiếp xúc P nhỏ (25 đến 30 m) nên có vùng phát sáng hẹp Điểm khác biệt so với LED Burrus thay khoét lỗ để ghép ánh sáng vào sợi quang dùng lớp InP có dạng thấu kính để ghép ánh sáng vào sợi quang 94 Ứng dụng diệt khuẩn (UV LED) UV LED cấu trúc LED có thêm lớp GaN đặc biệt vùng phát xạ để phát ánh sáng dải bước sóng cực tím UVLED ứng dụng thiết bị khử trùng, đặc tính bật hiệu suất phát xạ cao, tiêu thụ cơng suất thấp, kích thước nhỏ, khơng chứa thuỷ ngân, tuổi thọ cao, 95 Ứng dụng diệt khuẩn (UV LED) Cơ chế diệt khuẩn: Tia UV tác động chủ yếu lên pyrimidin, tạo hợp chất dimer thymin-thymin gắn lại Các dimer cytosin-cytosin cytosin-thymin tạo Tất dimer có khả ngăn cản q trình chép ADN Do tia UV khơng trực tiếp làm chết vi khuẩn mà có tác dụng làm thay đổi cấu trúc di truyền sinh vật, vi khuẩn tiệt trùng cấp độ di truyền 96 Ứng dụng diệt khuẩn (UV LED) Mơ hình diệt khuẩn sử dụng UVLED 97 Ứng dụng diệt khuẩn (UV LED) Kết quả: 60 phút coliform Ecoli khơng bị diệt sức nóng UV khơng đủ phá cấu trúc ADN vi khuẩn Khi tăng thời gian lên 180 phút ta thấy lượng Coliform bị diệt Thời gian chiếu 60 phút 100% Thời gian chiếu 180 phút 98 Ứng dụng hình LED ngồi trời Màn hình LED ngồi trời sử dụng nhiều cho việc quảng cáo ngồi trời, đặt khu vực cơng cộng nhà ga, sân bay, tòa nhà 99 Ứng dụng hình LED nhà Màn hình LED nhà sử dụng nhiều quan bar, sân khấu ca nhạc, gia đình LED 100 Tài liệu tham khảo LCD (Liquid Crystal Display) Circuits, hobbyprojects.com Retrieved 01 Apr 2015 Hiroshi Kawamoto The History of Liquid-Crystal Displays, Proceedings of the IEEE, 90, No (April 2002), p 460–500 Tim Sluckin, 2005 Ueber die Natur der kristallinischen Flüssigkeiten und flüssigen Kristalle Bunsen-Magazin, Wild P J., Matrix-addressed liquid crystal projection display, Digest of Technical Papers, International Symposium, Society for Information Display, June 1972, p 62–63 LCD Monitor Parameters: Objective and Subjective Analysis Temporal Resolution Webvision Retrieved 01 Apr 2015 101 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT 102 ... diode phát quang (LED) Khái niệm LED Giới thiệu Diode phát quang (LED) ứng dụng - Khái niệm LED, - Lịch sử đời, - Quá trình phát triển, - Một số hình ảnh ứng dụng LED Khái niệm LED LED (Light Emitting... nguồn ni dạng xung Tránh đốt nóng LED, dịng phun cao Tản nhiệt thích hợp cho LED Sử dụng nhiều LED công suất nhỏ thay cho LED công suất lớn 48 Materials for LED Vật liệu chế tạo diode phát... đèn LED với cường độ ánh sáng lớn thay đổi ánh sáng điều khiển từ xa màu sắc lịch sử lâu dài lao động trí óc kỷ qua Sau chip LED tìm lần đàu tiên, tạo đèn LED tiết kiệm người ta Chế tạo chip LED