第二章-LED的光取出原理及方法

第二章LED的光取出原理及方法内容LED的光取出原理改变内部结构改变表面结构及外形基本结构的改变目前LED的发光效率仍然很低，有待进一步改进。白光LED的价位目标LED的发光效率ηR=ηint×Cex×ηv，即要提高LED的发光效率，得同时提高其内部量子效率、光取出效率和电压效率。ηv一般为0.75-0.97，通过掺杂和良好的欧姆接触加以改进。质量好的双异质结的内部量子效率即可达到99%，取决于外延层结构及工艺。因此绝大部分能量损失在光取出环节，这也是提高LED发光效率的关键。LED光由活性层产生，经窗口层再进入空气。Cex的三种光损失机制：Cex=ηA×ηFr×ηerηA为材料再吸收而产生的损失ηFr为菲涅尔损失，即光在不同折射率材料的界面反射损失。ηer为全反射角损失，入射角大于临界角θc的光全部不能取出。内容LED的光取出原理改变内部结构改变表面结构及外形基本结构的改变在进入空气前，可能吸收光的材料包括：半导体窗口层材料金属电极材料衬底材料因此需要改变芯片内部结构，减少材料再吸收而产生的损失，提高ηA减少半导体材料的再吸收异质结构：窄带发光，宽带窗口减少电极和衬底的再吸收这种结构可以吗？减少电极和衬底的再吸收这种结构呢？减少电极和衬底的再吸收上述结构带来的问题：衬底的光吸收衬底的电阻衬底的散热上电极的光吸收电流的均匀分布传统的蓝光LED正装结构倒装结构（FC）垂直结构改善电流分布电极面积不宜大，需电流散布层改善电流分布InGaN电流散布层电流局域层（CBL）电流阻塞层(SHRR)大功率高亮度芯片的电流分布普通LED芯片的功率低，亮度小，随着LED照明的发展，需要研发大功率、高亮度的LED芯片，特别是蓝光芯片。单个芯片提高功率的两种方式：一定面积下增大电流大面积发光效率及光通量随电流的变换电流增加时，芯片温度上升，发光效率下降，输出光通量趋于饱和甚至下降。大面积下电流分布的改进减少衬底吸收减少衬底吸收减少衬底吸收内容LED的光取出原理改变内部结构改变表面结构及外形基本结构的改变减少菲涅尔损失减少菲涅尔损失减少全反射损失减少全反射损失——芯片的光取出面减少全反射损失——半圆形结构菲涅尔系数由0.702增为0.816全反射角由17°增为26°临界角损失系数由0.0865增为0.195光效增为裸芯片的2.61倍半圆形树脂封装芯片上的小透镜双面反射镜减少全反射损失——表面粗糙或织构周期性表面结构减少全反射损失——斜边、漏斗形结构减少全反射损失——图形衬底网状高反射电极+图形衬底减少全反射损失——倒装结构倒装芯片的优点：光取出效率提高（蓝宝石的折射率约1.765）电流分布均匀散热性能得到改善内容LED的光取出原理改变内部结构改变表面结构及外形基本结构的改变基本结构的改变——光子晶体光子晶体的光谱选择和调制特性基本结构的改变——超级发光二极管抑制边射型激光器的激光行为，使其不达到受激辐射。基本结构的改变——超级发光二极管抑制垂直腔面激光器的激光行为，使其不达到受激辐射。普通LED与垂直腔面超级发光二极管的光分布RCLED与普通LED的发光光谱比较