Les diodes électroluminescentes pour l'éclairage

Résumé

Un ouvrage de synthèse sur les diodes électroluminescentes (LED) qui suit les grandes étapes de fabrication, de l'élaboration du substrat à leur caractérisation et leur utilisation en éclairage. Il ouvre également des perspectives sur les diodes électroluminescentes organiques.

Contributeur(s)
- Mottier, Patrick. Éditeur scientifique
Éditeur(s)
- Hermès science publications
Date
- 2008
Notes
- Notes bibliogr. Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 276-V p. : ill. ; 24 x 16 cm
Collections
- Traité EGEM
Sujet(s)
- Diodes électroluminescentes
- Éclairage
ISBN
- 978-2-7462-2097-3
Indice
- 621.34 Éclairage électrique, installation électrique
Quatrième de couverture
- Le traité Electronique, Génie Electrique, Microsystèmes répond au besoin de disposer d'un ensemble de connaissances, méthodes et outils nécessaires à la maîtrise de la conception, de la fabrication et de l'utilisation des composants, circuits et systèmes utilisant l'électricité, l'optique et l'électronique comme support.
  Conçu et organisé dans un souci de relier étroitement les fondements physiques et les méthodes théoriques au caractère industriel des disciplines traitées, ce traité constitue un état de l'art structuré autour des quatre grands domaines suivants :
  Electronique et micro-électronique
  Optoélectronique
  Génie électrique
  Microsystèmes
  Chaque ouvrage développe aussi bien les aspects fondamentaux qu'expérimentaux du domaine qu'il étudie. Une classification des différents chapitres contenus dans chacun, une bibliographie et un index détaillé orientent le lecteur vers ses points d'intérêt immédiats : celui-ci dispose ainsi d'un guide pour ses réflexions ou pour ses choix.
  Les savoirs, théories et méthodes rassemblés dans chaque ouvrage ont été choisis pour leur pertinence dans l'avancée des connaissances ou pour la qualité des résultats obtenus.
Tables des matières
- - Les diodes électroluminescentes pour l'éclairage
  - Lavoisier
  - Préface 17
  - Marc Fontoynont
  - Introduction 19
  - Patrick Mottier
  - Chapitre 1. Les diodes électroluminescentes : principe et défis 23
  - Georges Zissis
  - 1.1. Histoire d'une révolution dans le monde des sources de lumière23
  - 1.2. Les LEDs et l'éclairage26
  - 1.3. La couleur, l'efficacité, la durée de vie et la qualité des LEDs33
  - 1.3.1. Production de la lumière blanche par les LEDs : principes et défis37
  - 1.3.2. La durée de vie41
  - 1.3.3. La qualité des LEDs43
  - 1.4. Les défis des LEDs44
  - 1.5. Bibliographie48
  - Chapitre 2. Les substrats pour les diodes électroluminescentes de type III-nitrures 49
  - Philippe de Mierry
  - 2.1. Introduction49
  - 2.2. Structure cristalline et relation d'épitaxie avec 6H-SiC et Al2O353
  - 2.3. Défauts et contraintes engendrés par l'hétéro-épitaxie57
  - 2.3.1. Dislocations57
  - 2.3.2. Désorientation du substrat60
  - 2.3.3. Contraintes d'épitaxie62
  - 2.3.4. Contraintes thermiques62
  - 2.4. Croissance par EPVOM de GaN sur saphir64
  - 2.4.1. La croissance de GaN64
  - 2.4.2. Epitaxie standard bidimensionnelle (2D)66
  - 2.4.3. Epitaxie tridimensionnelle (3D)68
  - 2.4.4. Epitaxie latérale à une étape (ELO 1S) (ELO : epitaxial lateral overgrowth)69
  - 2.4.5. Anisotropie de croissance71
  - 2.4.6. Croissance de GaN ELO à deux étapes (ELO 2S)73
  - 2.4.7. Croissance de GaN par pendéo-épitaxie75
  - 2.4.8. Nano-épitaxie77
  - 2.5. Les substrats massifs de nitrures78
  - 2.5.1. GaN cristallin élaboré par la méthode HNPS (High nitrogen pressure solution method)79
  - 2.5.2. GaN élaboré par synthèse ammonothermale81
  - 2.5.3. GaN élaboré par épitaxie en phase vapeur par les halogénures (HVPE = Halide Vapor Phase Epitaxy)82
  - 2.6. Conclusion84
  - 2.7. Bibliographie86
  - Chapitre 3. Les diodes électroluminescentes ultra-brillantes III-Nitrures 91
  - Amélie Dussaigne et Nicolas Grandjean
  - 3.1. Introduction91
  - 3.2. La jonction p-n dans GaN93
  - 3.3. La zone active : le puits quantique InGaN/GaN96
  - 3.3.1. Croissance et structure97
  - 3.3.2. Propriétés optiques99
  - 3.3.2.1. Puits quantiques et efficacité radiative99
  - 3.3.2.2. Effet Stark confiné quantique100
  - 3.3.2.3. Orientations non-polaire et semi-polaire105
  - 3.4. Efficacité radiative106
  - 3.5. Conclusion et perspectives110
  - 3.6. Bibliographie111
  - Chapitre 4. Le process des diodes 113
  - Philippe Gilet
  - 4.1. Introduction113
  - 4.2. Ordres de grandeurs114
  - 4.3. Configuration des diodes117
  - 4.3.1. Conventional Chip (CC)119
  - 4.3.2. Flip Chip (FC)119
  - 4.3.3. Vertical Thin Film (VTF)120
  - 4.3.4. Thin Film Flip Chip (TFFC)121
  - 4.4. Extraction de lumière (niveau wafer)122
  - 4.5. Process des diodes, gravure, prise de contacts125
  - 4.5.1. Contact de type n127
  - 4.5.2. Contact de type p128
  - 4.6. Gravure130
  - 4.7. Retrait du substrat132
  - 4.8. Evolutions potentielles132
  - 4.9. Bibliographie133
  - Chapitre 5. Le packaging 137
  - Adrien Gasse
  - 5.1. Introduction137
  - 5.2. Les différents procédés de packaging138
  - 5.2.1. Historique138
  - 5.2.2. De la plaquette à la puce139
  - 5.2.3. Les composants à broches142
  - 5.2.4. Les composants CMS «Leadform»143
  - 5.2.4.1. Intégration d'une puce LED verticale145
  - 5.2.4.2. Intégration d'une puce LED latérale standard146
  - 5.2.4.3. Intégration d'une puce LED latérale flip chip146
  - 5.2.5. Les composants CMS «Leadless»147
  - 5.2.6. Autres technologies148
  - 5.2.6.1. Montage en Chip On Board148
  - 5.2.6.2. Boîtier en silicium149
  - 5.2.7. Conclusion150
  - 5.3. Le management thermique150
  - 5.3.1. Motivations150
  - 5.3.2. Les modes de dissipation de la chaleur151
  - 5.3.3. La dissipation thermique dans les LEDs153
  - 5.3.4. Comparaison des différents procédés de packaging155
  - 5.3.5. Conclusion158
  - 5.4. L'extraction de lumière dans les LEDs159
  - 5.4.1. L'extraction latérale de lumière d'une LED159
  - 5.4.2. L'extraction verticale de lumière à travers une lentille161
  - 5.4.3. Matériaux d'encapsulation/lentille163
  - 5.4.4. Mise en oeuvre des encapsulants et lentilles166
  - 5.5. Les caractéristiques d'un composant LED166
  - 5.5.1. Caractéristiques électriques et thermiques166
  - 5.5.2. Caractéristiques optiques167
  - 5.5.3. Le binning169
  - 5.5.4. La fiabilité169
  - 5.5.4.1. Sollicitations lors de l'intégration170
  - 5.5.4.2. Sollicitations lors du fonctionnement170
  - 5.6. Conclusion et tendances171
  - 5.7. Bibliographie173
  - 5.8. Annexe174
  - 5.8.1. Propriétés physiques des matériaux174
  - Chapitre 6. Caractérisation photoélectrique des diodes électroluminescentes 177
  - Christian Eugène et Jean-Michel Deswert
  - 6.1. Photométrie des LEDs177
  - 6.1.1. Rappel de notions fondamentales178
  - 6.1.1.1. Raccord entre radiométrie et photométrie178
  - 6.1.1.2. De l'importance de la luminance179
  - 6.1.1.3. Intensité et flux181
  - 6.1.2. Paramètres d'intérêt182
  - 6.1.3. Propriétés requises des photomètres/radiomètres183
  - 6.1.3.1. Détecteurs183
  - 6.1.3.2. Réponse angulaire et spatiale183
  - 6.1.3.3. Réponse spectrale184
  - 6.1.3.3.1. Correction de mésadaptation par la méthode des quatre intégrales184
  - 6.1.3.3.2. Nombre f1' d'un luxmètre186
  - 6.1.3.3.3. Mesure des LEDs colorées186
  - 6.1.4. Mesure de l'intensité lumineuse187
  - 6.1.4.1. Mesure sous champ lointain187
  - 6.1.4.2. Intensité moyennée d'une LED188
  - 6.1.4.3. Mesure de la distribution spatiale en intensité188
  - 6.1.5. Mesure du flux lumineux189
  - 6.1.5.1. Méthodes de mesure du flux total190
  - 6.1.5.1.1. Méthode goniophotométrique190
  - 6.1.5.1.2. Sphère intégratrice (d'Ulbricht)191
  - 6.1.5.2. Mesure de «flux partiel de LED»197
  - 6.1.6. Mesures spectrales198
  - 6.1.6.1. Distribution spectrale198
  - 6.1.6.2. Quantités liées à la distribution spectrale198
  - 6.1.6.3. Grandeurs colorimétriques198
  - 6.1.6.4. Mesures spectrales des LEDs199
  - 6.1.6.4.1. Mode d'éclairement199
  - 6.1.6.4.2. Mode de flux200
  - 6.2. Caractérisation électrique des LEDs200
  - 6.2.1. Tension en sens passant201
  - 6.2.2. Effet de la température202
  - 6.2.3. Conditions de fonctionnement des LEDs pour la mesure photométrique204
  - 6.2.3.1. LED de référence204
  - 6.2.3.2. Alimentation continue204
  - 6.2.3.3. Alimentation pulsée204
  - 6.2.4. Etat de la normalisation205
  - 6.3. Bibliographie205
  - Chapitre 7. La qualité de la lumière blanche obtenue avec des LEDs 207
  - Françoise Viénot
  - 7.1. Introduction : lumière blanche et qualité visuelle207
  - 7.1.1. La lumière blanche207
  - 7.1.2. Plusieurs idées de la qualité de la lumière208
  - 7.1.3. La fonction visuelle humaine : récepteurs, rétine, cerveau209
  - 7.1.4. Présentation du chapitre210
  - 7.2. Notions de colorimétrie et de photométrie210
  - 7.2.1. Colorimétrie210
  - 7.2.1.1. La température de couleur212
  - 7.2.1.2. Le modèle spectral de lumière naturelle213
  - 7.2.2. Les grandeurs photométriques215
  - 7.2.2.1. Définitions215
  - 7.2.2.2. Ordres de grandeur et quantités recommandées217
  - 7.2.2.3. Risques d'éblouissement218
  - 7.3. Obtenir de la lumière blanche, avec des LEDs220
  - 7.3.1. Diodes blanches à base de diode émettant aux courtes longueurs d'onde220
  - 7.3.2. Diodes blanches à base de diode ultraviolette220
  - 7.3.3. Mélanges rouge, vert, bleu221
  - 7.3.4. Mélanges de nombreuses LEDs, optimisation du spectre, exemples221
  - 7.3.5. La normalisation de la couleur des diodes blanches222
  - 7.4. Le rendu des couleurs des sources223
  - 7.4.1. L'indice de rendu des couleurs (IRC) de la commission internationale de l'éclairage (CIE)224
  - 7.4.2. Détails de calcul227
  - 7.4.3. Actualisation ou révision de la position de la CIE pour rendre compte du jugement des observateurs228
  - 7.5. Travaux sur la qualité de la lumière des LEDs228
  - 7.5.1. Les modèles228
  - 7.5.1.1. Tentative d'actualisation du calcul de l'indice de rendu des couleurs229
  - 7.5.1.2. Un nouvel indice Colour Quality Scale (CQS)229
  - 7.5.1.2.1. Le choix des échantillons test230
  - 7.5.1.2.2. L'appréciation nuancée de la tonalité et de la saturation230
  - 7.5.1.2.3. L'abandon de la référence à la température de couleur230
  - 7.5.1.2.4. Le score CQS231
  - 7.5.1.2.5. Simulation numérique231
  - 7.5.2. Les simulations en couleur232
  - 7.5.3. Les validations expérimentales232
  - 7.5.3.1. Discrimination233
  - 7.5.3.2. Apparence234
  - 7.5.3.3. Préférence234
  - 7.5.3.4. Harmonie235
  - 7.5.3.5. Confort235
  - 7.5.4. Conclusion sur la complexité du jugement visuel236
  - 7.6. Applications des LEDs à l'éclairage236
  - 7.7. Conclusion : avantages, précautions, perspectives237
  - 7.8. Bibliographie238
  - Chapitre 8. La technologie OLED 241
  - Tony Maindron et David Vaufrey
  - 8.1. Introduction241
  - 8.1.1. Les matériaux organiques : historique241
  - 8.1.2. Naissance du premier dispositif OLED242
  - 8.2. Les diodes électroluminescentes242
  - 8.2.1. Les différentes catégories de semi-conducteurs organiques244
  - 8.2.1.1. Les petites molécules244
  - 8.2.1.2. Les polymères244
  - 8.2.2. Description des méthodes de dépôt246
  - 8.2.2.1. Evaporation des petites molécules246
  - 8.2.2.2. Dépôt par voie humide des polymères246
  - 8.3. Semi-conducteurs organiques : théorie247
  - 8.3.1. Introduction à la semi-conduction en chimie organique247
  - 8.3.1.1. Théorie des bandes en chimie organique247
  - 8.3.1.2. Différences avec les semi-conducteurs classiques248
  - 8.3.2. Modèle du transport dans les solides organiques amorphes250
  - 8.4. Caractéristiques électriques des OLEDs253
  - 8.4.1. Modèles décrivant l'injection des porteurs de charge253
  - 8.4.2. Modèles décrivant le transport des porteurs de charge254
  - 8.5. Les différents types de structures des OLEDs257
  - 8.5.1. Diode directe et diode inversée257
  - 8.5.2. Diode à émission à travers le substrat et diode à émission par la surface supérieure258
  - 8.5.3. Diode à hétérojonction et ingénierie des bandes258
  - 8.5.3.1. Choix des électrodes258
  - 8.5.3.2. Phénomènes de quenching258
  - 8.5.3.3. Spécificité des matériaux259
  - 8.5.3.4. Dopage électrique260
  - 8.5.4. Extraction lumineuse260
  - 8.5.5. Fluorescence versus phosphorescence261
  - 8.6. Architecture d'OLEDs dédiées à l'éclairage263
  - 8.6.1. Structure à une couche émettrice263
  - 8.6.2. Structure à deux couches émettrices265
  - 8.6.3. Structure à n couches émettrices (n 3)265
  - 8.6.4. OLEDs empilées et structure tandem266
  - 8.6.5. Convertisseur (down conversion)267
  - 8.7. Stabilité des OLEDs et temps de vie : la notion d'encapsulation267
  - 8.8. Les OLEDs pour l'éclairage270
  - 8.9. Bibliographie271
  - Index 275
Origine de la notice:
- Electre