电极结构对AlGaInP-LED阵列电流分布的影响

以AlGaInP-LED外延片为基片,设计了分辨率为320×240、像素尺寸为100 μm×100 μm的微型LED阵列。针对目前LED阵列普遍存在的电流分布不均匀的问题,建立了内部电流分布模型,研究了电极结构、电极尺寸及电极间距等不同因素对LED电流分布造成的影响。在单条形电极结构的基础上进行优化,综合考虑不透明电极的遮光效应等因素得到三条形电极结构为最优的电极结构,该电极结构的LED有源层均匀发光面积比未经优化的单条形电极提高了65.02%,比双条形电极提高25.63%,有效提高了微型LED阵列的出光效率,对改善LED芯片发光均匀性具有参考意义。     

电极结构优化对大功率GaN基发光二极管性能的影响

在台面结构的GaN基发光二极管(LED)里，电流要侧向传输，当尺寸与电流密度加大之后，由于n型GaN层和下限制层的横向电阻不能忽略，造成了横向电流分布不均匀.通过优化电极结构，以减小电流横向传输距离，制作出两种不同电极结构的大功率GaN基倒装LED.通过比较这两种不同电极结构的GaN基倒装大功率LED的电、光性能，发现在350mA正向电流下，插指电极结构的倒装大功率GaN基LED的正向电压为3.35V，比环形插指电极结构的倒装大功率GaN基LED高0.15V.尽管环形插指电极结构GaN基LED的发光面积略小于插指电极结构GaN基LED，但在大电流下，环形插指电极结构倒装GaN基LED的光输出功率比插指电极结构的倒装大功率LED的光输出功率大.并且在大电流下，环形插指电极结构的倒装大功率LED光输出功率饱和速度慢，而插指电极结构的倒装大功率LED光输出功率饱和明显.这说明优化电极结构能提高电流扩展均匀性，减小焦耳热的产生，改善GaN基LED的性能.     

利用单层密排的纳米球提高发光二极管的出光效率

在发光二极管(LED)的透明电极层上制作单层六角密排的聚苯乙烯(polystyrene, PS) 纳米球, 研究提高GaN基蓝光LED的出光效率. 采用自组装的方法在透明电极铟锡氧化物层上制备了直径分别约为250, 300, 450, 600和950 nm的PS纳米球, 并且开展了电致发光的研究. 结果表明, 在LED的透明电极层上附有PS纳米球能有效地提高LED的出光效率; 当PS纳米球的直径与出射光的波长比较接近时, LED的出光效率最优. 与参考样品相比, 在20 mA和150 mA工作电流下, 附有PS纳米球的样品的发光效率分别增加1.34倍和1.25倍. 三维时域有限差分方法计算表明, 该出光增强主要归因于附有PS纳米球的LED结构可以增大LED结构的光输出临界角, 从而提高LED的出光效率. 因此, 这是一种低成本的实现高效率LED的方法.     

基于TracePro的狭缝光栅自由立体LED显示器件的串扰仿真

利用TracePro仿真软件对狭缝光栅自由立体LED显示器件的串扰进行仿真。首先,通过对狭缝光栅的设计原理分析,并基于LED模块的发光像素面积2 mm×2 mm,黑矩阵的面积1 mm×1 mm,设定最佳观看距离为5 m的两视点狭缝光栅自由立体LED显示器件,计算出光栅的狭缝宽度和挡光宽度都为2.87 mm。其次,利用这些参数,通过TracePro软件建立狭缝光栅自由立体LED显示器件的仿真模型,通过仿真运算得到左、右视频的光照度分布图,并通过归一化发现它们的光照度均匀性较差,观看时会导致"眩晕"现象。最后,借助自由立体显示器件串扰的测量方法,根据仿真左、右视频照度分布图的交叉曲线,定性分析了仿真结果,并结合Orign 9.1软件定量对仿真的串扰值进行计算,得出其串扰值为42.4%。这为进一步优化狭缝光栅自由立体LED显示器件的设计和性能提供了理论依据和技术支持。     

侧入式LED背光模组中光耦合模块的设计与实现

现有的液晶显示器(LCD)背光模组大多采用侧入式发光二极管(LED)作为背光源,其要求导光板厚度始终大于LED发光截面宽度。为解决这一问题,提出一种用于侧入式LED背光模组的自由曲面光耦合结构,包括浸入式准直透镜与自由曲面反射器,光源出射光先由浸入式准直透镜收集并准直,再经自由曲面反射器反射并聚集到导光板入光面。利用斯涅尔定律、微分几何法以及等光程原理对该模块进行设计,并通过光学仿真验证设计的可行性。实验结果表明,当采用有效发光面积为0.4 mm×0.4 mm的LED芯片作为光源时,导光板厚度减少0.6 mm,导光板入光面处光能利用率达到96.23%,相对于传统结构,光线利用率提高11.22%。该光耦合模块实现了背光模组中导光板的薄型化,同时改善了导光板入光面处光热点现象。     

正方形孔径纳米半球阵列提高LED光提取效率研究

为提高氮化镓(Ga N)基发光二极管(LED)的光提取效率,基于等效介质理论设计了底面100%占空比、半径为320 nm的正方形孔径纳米半球阵列。利用时域有限差分法(FDTD)对正方形孔径纳米半球阵列结构底面占空比、半径对光提取效率的影响进行了仿真计算研究。仿真结果表明:LED p-Ga N表面刻蚀半径为320 nm、底面占空比为100%的正方形孔径纳米半球阵列的光提取效率最优。采用电子束曝光配合热回流技术和ICP刻蚀完成正方形孔径纳米半球阵列的Ga N基LED制作及测试实验。结果表明:在20 m A和150 m A工作电流下,有微纳结构的LED较无微纳结构的参考样品的发光效率分别提高4.67倍和4.59倍,计算结果与实验结果比较一致,说明加入方形孔径纳米半球阵列可以有效提高LED光提取效率。     

电流主动导引结构倒装AlGaInP LED

设计并制备了一种带有电流导引结构的新型倒装AlGaInP LED。实验结果表明,在20mA直流电流注入下,器件的电压为2.19V,输出光功率与普通倒装器件相比提高了17.33%。通过电流导引结构,使得器件注入电流被主动引导到电极以外部分,有效增大了上电极以外部分有源区中用于发光的有效载流子数目的比例,同时减轻了电流密度过大现象,大大提高了器件的出光效率。     

电流阻挡层对大功率LED光电热特性的影响

LED芯片作为LED光源的核心,其质量直接决定了器件的性能、寿命等,因此在内量子效率已达到高水平的情况下,致力于提高光提取效率是推动LED芯片技术发展的关键一步。由于蓝宝石衬底具有绝缘特性,传统LED将N和P电极做在芯片出光面的同一侧,而芯片出光面上的P电极焊盘金属会遮挡吸收其正下方发光区发出的大部分光而造成光损失,为改善这一现象并缓解P电极周围的电流拥挤效应,本文设计制备了在P电极正下方的氧化铟锡(ITO)透明导电层和p-GaN之间插入SiO_2薄膜作为电流阻挡层(CBL)的大功率LED,并与无CBL结构的大功率LED相比较。对未封装的有无CBL结构的LED在350 mA电流下进行正向偏压,辐射通量,主波长等裸芯性能测试,结果显示两种芯片的正向偏压均集中在3～3.1 V,而有CBL结构的LED光输出功率有明显提升,这是因为CBL阻挡了电流在P电极正下方的扩散,减少流向有源区的电流密度,故减小了P电极对光的吸收和遮挡,且电流通过CBL引导至远离P电极的区域,缓解了电极周围的电流拥挤。对两种芯片进行相同结构和工艺条件的封装,并对封装样品进行热特性及10～600 mA的变电流光电特性测试,得到两种器件的发光光谱及光功率等光学特性。结果表明随着电流增加,两种器件的光谱曲线均发生蓝移,且有CBL结构的LED主波长偏移量较无CBL结构LED少10 nm,可见有CBL结构的LED光谱受驱动电流变化的影响更小,因此其显色性能更为稳定。而在小电流条件下, CBL对器件光功率的影响不大,随着工作电流的增大, CBL对器件光功率的改善效果逐渐提升。在大电流条件下,无CBL结构的LED结温更高,正向电压更低,随电流的增大二者之间的电压差增大。在25℃的环境温度, 350 mA工作电流下,加入CBL结构使器件电压升高约0.04 V,但器件光功率最高提升了9.96%,且热阻明显小于无CBL结构器件,说明有CBL结构LED产热更少。因此CBL结构大大提高了器件的光提取效率,并使其光谱漂移更小,显色性能更为稳定。     

LED微阵列投影系统设计

为满足便携式投影仪的市场需求,设计了一种基于LED微型阵列的投影系统。该系统由显示单元和投影物镜构成。采用尺寸为12 mm×9 mm的自发光LED微型阵列作为系统的显示单元,利用光学设计软件设计了投影物镜。投影物镜采用反远距光学结构,全视场角为80°,焦距为8 mm,属于强光、广角镜头。在空间频率20 lp/mm处,该物镜的调制传递函数大于0. 85,畸变小于2%,符合投影系统的设计要求。该投影系统具有体积小,结构简单,投影效果好,易加工等诸多优势,可为第三代投影技术的发展提供参考。     

LED汽车近光灯光学系统的设计与实现

针对现有LED汽车近光灯使用朗伯型LED光源效率不高和结构复杂等问题,设计了一种基于空间光强分布为椭球状LED光源和后置吸光板的汽车近光灯光学系统。系统主要由LED光源、1/4椭球面反光罩、后置特定形状吸光板和配光透镜组成。运用TracePro软件进行光线追迹模拟,并根据软件模型制作出了光源与灯具实物,实测结果显示在25m远屏幕上光形可以很好地与模拟结果吻合。采用不同形状的后置吸光板可以实现国家标准(GB 25991-2010)规定的两种近光灯光型,并且整灯的发光效率为82%。     

轻量化超宽温度折/衍混合红外热像仪光学系统设计

设计一个用于红外热像仪的轻量化超宽温中波折/衍混合红外热像仪光学系统。光学系统参数:工作波段为3.7 m～4.8 m,相对孔径为1/2,焦距为120 mm,全视场角为5.18,满足100 %冷光栏效率。采用三片式结构,使用硅和锗两种常用的红外材料,以及一个非球面和一个衍射面,系统实现了轻量化和超宽温度下工作。系统在-60℃～160℃温度范围内成像质量接近衍射极限,可供像元尺寸为30 m、像元数256256的凝视型中波红外探测器使用,可探测到2.3 km远的坦克目标。     

AlGaInP LED电极形状的优化

利用有限元法模拟研究四元AlGaInP LED电极形状对电流扩展层GaP中电流分布的影响,通过优化电极形状获得较为均匀分布的电流,以此提高芯片的出光效率和提升产品品质. 在MATLAB计算平台上建立3D载流子输运模型及芯片顶面的光出射模型,比较了传统圆形、十字形、箭形、花形及万字形电极等五种电极形状,研究发现万字形电极的芯片顶面出光效率最高. 进而对其条形电极的宽度进行进一步优化,可获得的出光效率为传统圆形电极的2.7倍,能够为实际生产提供一定的理论指导. 关键词： 出光效率 电极形状 电流扩展 有限元法     

激光与中波红外双波段光学系统设计

根据系统要求,进行激光与中波红外复合制导光学系统设计。该系统红外工作波长为3 m~5 m,激光工作波长为1.064 m,系统接收口径为250 mm,F数为1.4,要求MTF在33 lp/mm时大于0.4,光学透过率大于60%,使用的红外焦平面阵列像元数为640像素512像素,像元尺寸为15 m15 m。因为系统具有大孔径,小F数的特点,因此选择使用折反射式结构进行二次成像,并进行消热差处理。     

AlGaInP-LED微阵列单元的热效应分析

对AlGaInP-LED微型阵列发光单元的内部自发热机制进行了分析,并通过对具有回型上电极的发光单元的理论分析与计算,得到了其内量子效率与注入电流的变化关系及器件温度与所加偏压的变化关系。为保证内量子效率取值范围大于85%,得到了器件的最佳工作电流和最佳驱动电压范围以及微阵列各层结构在最佳驱动电压下的热阻分布。通过计算得出器件在2.2 V电压下,从p-n结到外部环境的有效热阻为96.7 ℃/W。讨论了减小器件热阻的方法,计算得出在理想情况下,添加热沉结构后有效热阻降为30.6 ℃/W,表明所设计的热沉结构对器件的散热起到了明显的改善作用。     

1.06 μm激光对CCD、CMOS相机饱和干扰效果对比研究

 为了对比激光对CCD、CMOS两种图像传感器的干扰效果,利用1.06 μm高重频激光开展了对CCD、CMOS两种相机的饱和干扰实验研究,分析了两种相机在干扰有效面积、饱和干扰面积、干扰前后图像相关度等与激光入射功率之间的关系。实验结果表明:CMOS相机达到单元像素饱和的激光功率阈值是CCD相机的20倍;要达到相同的干扰有效面积,所需的激光功率CMOS相机要大于CCD相机10倍～100倍;要达到相同的饱和像元数,所需的激光功率CMOS相机比CCD相机约大10倍～60倍。因此,CMOS相机要比CCD相机具有更好的抗1.06 μm激光干扰能力。     

一个非晶硅薄膜太阳能电池制备用激光刻线系统

 非晶硅薄膜太阳能电池制备过程中的激光刻线工艺要求刻线宽度在30 μm～50 μm之间,死区范围小于300 μm,刻线深度符合工艺要求。这不仅要求激光器具有较高的光束质量,而且要求光学系统具有较高的成像质量和较宽的焦深。设计了单激光器四分光路的激光刻线系统。采用设计的激光刻线装置,在1 400 mm×1 100 mm×3.2 mm玻璃基板上进行刻线试验,分别得到刻线P1,P2,P3的线宽为35 μm,50 μm和45 μm,死区范围（P1至P3的距离）为287 μm,最终深度分别为0.98 μm,0.24 μm和0.58 μm,刻线宽度和深度均符合薄膜太阳能电池制备工艺要求。     

Development of dispersive XAFS system for analysis of time‐resolved spatial distribution of electrode reaction

Apparatus for a technique based on the dispersive optics of X‐ray absorption fine structure (XAFS) has been developed at beamline BL‐5 of the Synchrotron Radiation Center of Ritsumeikan University. The vertical axis of the cross section of the synchrotron light is used to disperse the X‐ray energy using a cylindrical polychromator and the horizontal axis is used for the spatially resolved analysis with a pixel array detector. The vertically dispersive XAFS (VDXAFS) instrument was designed to analyze the dynamic changeover of the inhomogeneous electrode reaction of secondary batteries. The line‐shaped X‐ray beam is transmitted through the electrode sample, and then the dispersed transmitted X‐rays are detected by a two‐dimensional detector. An array of XAFS spectra in the linear footprint of the transmitted X‐ray on the sample is obtained with the time resolution of the repetition frequency of the detector. Sequential measurements of the space‐resolved XAFS data are possible with the VDXAFS instrument. The time and spatial resolutions of the VDXAFS instrument depend on the flux density of the available X‐ray beam and the size of the light source, and they were estimated as 1 s and 100 µm, respectively. The electrode reaction of the LiFePO₄ lithium ion battery was analyzed during the constant current charging process and during the charging process after potential jumping.     

Test of a fine pitch SOI pixel detector with laser beam

A silicon pixel detector with fine pitch size of 19 μm× 19 μm, developed based on SOI(silicon-oninsulator) technology, was tested under the illumination of infrared laser pulses. As an alternative method for particle beam tests, the laser pulses were tuned to very short duration and small transverse profile to simulate the tracks of MIPs(minimum ionization particles) in silicon. Hit cluster sizes were measured with focused laser pulses propagating through the SOI detector perpendicular to its surface and most of the induced charge was found to be collected inside the seed pixel. For the first time, the signal amplitude as a function of the applied bias voltage was measured for this SOI detector, deepening understanding of its depletion characteristics.