如何提高LED的发光效率.docx

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1、如何提高LED的发光效率1.提高LED的发光效率的意义利用各种原理对LED进行优化设计，能充分提高了芯片的出光效率，能够为生产提供一定的理论指导。利用电极优化或者光子晶体等来改善器件GaNLED电流的扩展特性，提高电流分布的均匀性，减少电流的聚集效应，实现提高芯片的出光效率和转化效率，提高器件的光电效应，提升产品的性能。优化LED可以提高光输出强度，使资源的利用率更高。2优化LED的原理LED在理想情况下，每注入一个电子便会发出一个光子，但在实际情况下，第由于内部损耗造成，注入的电子并不能全部转化为光子，而产生的光子也不能全部从LED中射出，这便引出一个量子

2、效率的问题。注入有源层的电子并不一定全部用来产生的光子，于是产生了内量子效率，通常定义为从LED有源层产生的光子数与LED的注入电子数的比值。有源层产生的光子在理想情况下，将全部射向自由空间，但由于存在内部Fresnel反射以及重吸收作用(如电极和衬底)，使得产生的光并不能全部射出，这时所产生的效率为提取效率。外量子效率则定义为射向自由空间的光子数与注入的电子数的比值。即内量子效率和提取效率的乘积。3、如何提高LED的发光效率3.1晶粒外型的改变传统发光二极管晶粒的制作为标准的矩型外观。因为一般半导体材料折射系数与封装环氧树脂的差异大，而使交界面全反射临界角

3、小，矩形的四个截面互相平行，光子在交界面离开半导体的机率变小，让光子只能在内部全反射直到被吸收殆尽，使光转成热的形式，造成发光效果更不佳。因此，改变LED形状是一个有效提升发光效率的方法。改变LED形状晶体光线传播示意图3.2表面粗化技术将组件的内部及外部的几何形状粗化，破坏光线在组件内部的全反射，提升组件的使出效率。粗化方法基本上是在组件的几何形状上形成规则的凹凸形状，而这种规则分布的结构也依所在位置的不同分为两种形式，一种是在组件内设置凹凸形状，另一种方式是在组件上方制作规则的凹凸形状，并在组件背面设置反射层。由于使用传统制程即可在GaN系化合物半导体层

4、的界面设置凹凸形状，因此上述第一种方式具宵较高的实用性。目前若使用波长为405nm的紫外组件，可获得43％外部量子效率，取出效率为60％．为目前全球最高的步}部量子效率与取出效率。”表面粗化的结构图3.3芯片黏贴技术因为发光二极管所产生的光线在经过多执全反射后．太部份都被半导体材料本身与封装材料所吸收。因此若使用会吸光的GaAs作为AIGaInPLED的基板时，将使得发光二极管内部的吸收损失变更大，而大幅降低组件的取光效率。为了减少基板对I。ED所发出光线的吸收，部分研究机构提出透明基板之粘贴技术。”3.4覆晶封装技术对于使用蓝宝毛基板的GaN系列的材料而言

5、，因为其P极及N极的电极必须做在组件的同一侧，因此若使用传统的封装方法．占组件太部分发光角度的上方发光面将会因为电极的挡光而损失相当程度的光量。所谓的FlipChip结构即是将传统的组件反置，并在p型电极上方制作反射率较高的反射层，藉以将原先从组件上方发出的光线从组件其它的发光角度导出，而由蓝宝石基板端缘取光。这样的方法因为降低了在电极侧的光损耗，可有接近于传统封装方式两倍左右的光量输出。另一方面，因为覆晶结构可直接藉由电极或是凸块与封装结构中的散热结构直接接触，而大幅提升组件的散热效果，进一步提升组件的光通量。3.5透明衬底技术　　InGaAlPLED通常

6、是在GaAs衬底上外延生长InGaAlP发光区GaP窗口区制备而成。与InGaAlP相比，GaAs材料具有小得多的禁带宽度，因此，当短波长的光从发光区与窗口表面射入GaAs衬底时，将被悉数吸收，成为器件出光效率不高的主要原因。在衬底与限制层之间生长一个布喇格反射区，能将垂直射向衬底的光反射回发光区或窗口，部分改善了器件的出光特性。一个更为有效的方法是先去除GaAs衬底，代之于全透明的GaP晶体。由于芯片内除去了衬底吸收区，使量子效率从4％提升到了25-30％。为进一步减小电极区的吸收，有人将这种透明衬底型的InGaAlP器件制作成截角倒锥体的外形，使量子效率

7、有了更大的提高。3.6、金属膜反射技术透明衬底制程首先起源于美国的HP、Lumileds等公司，金属膜反射法主要有日本、台湾厂商进行了大量的研究与发展。这种制程不但回避了透明衬底专利，而且，更利于规模生产。其效果可以说与透明衬底法具有异曲同工之妙。该制程通常谓之MB制程，首先去除GaAs衬底，然后在其表面与Si基底表面同时蒸镀Al质金属膜，然后在一定的温度与压力下熔接在一起。如此，从发光层照射到基板的光线被Al质金属膜层反射至芯片表面，从而使器件的发光效率提高2.5倍以上。3.7、表面微结构技术表面微结构制程是提高器件出光效率的又一个有效技术，该技术的基本要

8、点是在芯片表面刻蚀大量尺寸为光波长量级的小结构，每个