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rapporti - Deliverable

Simulazione numerica dei LED basati sulla lega GaN e allestimento di un laboratorio di caratterizzazione LED

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Simulazione numerica dei LED basati sulla lega GaN e allestimento di un laboratorio di caratterizzazione LED

Sono descritti gli studi relativi allo sviluppo di una tecnologia LED per illuminazione nella prospettiva di sostituire le lampade ad incandescenza e le lampade fluorescenti compatte con lampade a LED di nuova concezione che abbiano un migliore rapporto tra i lumen prodotti e i watt consumati, una durata maggiore e un tempo di ritorno economico accettabile. In particolare si riportano i risultati di simulazioni numeriche bidimensionali di LED basati sulle leghe GaN, InGaN e AlGaN. Sono simulate numericamente le curve Tensione-Corrente del LED e le curve Tensione-Potenza emessa. Si è inoltre analizzato analiticamente il problema dell’estrazione della luce dal LED ottenendo la distribuzione angolare dell’emissione luminosa nei casi di superficie esterna liscia e superficie esterna rugosa. Sono inoltre descritti gli strumenti che costituiscono il laboratorio di caratterizzazione dei LED insieme alle loro reciproche connessioni.

L’obiettivo del presente rapporto è quello di contribuire allo sviluppo della tecnologia dei LED per illuminazione per poter sostituire le lampade ad incandescenza e le lampade fluorescenti compatte con lampade a LED che abbiano un migliore rapporto tra i lumen prodotti e i watt consumati, una durata maggiore e un tempo di ritorno economico accettabile, in modo da conseguire un effettivo risparmio energetico con costi iniziali contenuti. Il presente rapporto si articola in due parti: 1) studio dei principali aspetti progettuali inerenti alla realizzazione di una sorgente LED per illuminazione di nuova concezione e 2) descrizione dell’allestimento del laboratorio di caratterizzazione dei LED. Lo studio degli aspetti progettuali dei LED consiste nella simulazione numerica di alcune semplici geometrie basate sulle leghe GaN, InxGa1-xN e AlxGa1-xN1 e di una prima analisi del problema dell’estrazione della luce. Le geometrie considerate sono relative al LED cresciuto epitassialmente su substrato di Zaffiro oppure su substrato di Silicio o di GaN. Per effettuare le simulazioni numeriche è stato utilizzato il software di simulazione ATLAS della ditta Silvaco Europe Ltd, che permette di simulare varie tipologie di dispositivi con geometrie bidimensionali. È stato evidenziato che la crescita su substrati di Silicio o di GaN, anziché su substrato di Zaffiro, aumenterebbe l’efficienza del LED. Inoltre è risultato che per migliorare l’estrazione della luce è necessario modificare opportunamente la superficie di uscita del LED, ad esempio mediante irrugosimento della stessa, aggiungendo, sul fondo del LED, uno strato metallico ad alta riflettività (Argento o Alluminio). In caso contrario, la maggior parte della luce emessa all’interno del LED rimarrebbe confinata ed assorbita in esso, senza poter essere utilizzata. Nella seconda parte del rapporto vengono descritti gli strumenti acquisiti per l’allestimento del laboratorio di caratterizzazione dei LED insieme alle connessioni per il loro utilizzo (schema) Parole chiave: LED, simulazione numerica, zona attiva, estrazione della luce, GaN, I Parole chiave: LED, simulazione numerica, zona attiva, estrazione della luce, GaN, InGaN, AlGaN, Zaffiro, Silicio, Quantum Well, caratterizzazione LED.

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