西双版纳如何提高白光LED发光效率?

详细介绍

如何提高白光LED发光效率?

  目前LED的发光效率仍然偏低,量化生产的白光LED的光效无法和高效的节能灯相抗衡。为了提高它的光效,首先要优化有效发光层的能带结构,如采用量子阱结构,提高电子—空穴对复合的内量子效率。但LED的外量子效率更低,只有15%—25%,如何改进LED的封装,在灯具的设计上下功夫,提高其光引出效率才是为关键的任务。提高光引出率的方法有以下几种。LED光源
  (1)在芯片与电极间加入厚窗口层
  窗口层的折射率要低,以减小光射出的锥角,使更多的光线射出。
  (2)采用双反射(DR)和分布式布拉格反射结构(DBR)
  双反射LED的封装结构中,除了环氧树脂与空气的接口处形成一个全反射面以外,另外又加了一个反射镜。利用与传统炮弹形相同的镜片结构使芯片射出的小角度前端光直接射出,另一部分光经全反射面反射后,利用反射镜射向前方预期的方向。芯片的侧面光则先利用传统的炮弹结构作一次反射,接着与前端光一样,经过原来的全反射镜面和反射镜的双重控制,也射向前方。采用这样的结构,可以使它的出光率提高到传统炮弹形结构的两倍左右。
  分布式布拉格反射(DBR)LED的封装结构中,芯片中多了一个DBR结构层,它由多层高折射率和低折射率的材料交替组合而成,每层厚度为发射波长的1/4,交替层数越多,每层的折射率相差越大,DBR的反射率越高。
  采用这种结构后,射向衬底的那部分光被DBR结构层反射回去,射向前方的预定方向,减少了衬底对光的吸收,提高了芯片的出光率。
  (3)表面粗糙化纹理结构
  将芯片窗口层表面腐蚀,进行粗糙化处理,可以提高它的出光效率。表面粗糙化后,射出的光遇到侧壁就会改变方向,一部分光经表面侧壁直接射出,另一部分光则经过侧壁反射,改变临界角后从另一侧壁射出。实线表示纹理表面的整体结构,虚线表示外延层的平面窗口层,这样有更多的光反射出去,增加了出光率。实践表明,优化的球状起伏表面能够得到54%的外量子效率。但在腐蚀处理时,要求表面粗糙化不能损伤材料的电学和光学特性。
  (4)倒装芯片技术
  前面在讲到倒装芯片结构时,已经谈到倒装芯片结构除有利于散热外,还可以避免电极的遮光。P型电极上的反光层能将光有效地反射出去,避免传统炮弹形结构的缺点,提高出光率,这里不再赘述。
  (5)微芯片阵列
  将直径仅为10μm、厚度为3—4μm的微芯片组成阵列,芯片面积和周边面积之比为1:1.4,增加周边面积后,可以提供更大的出光面积,从而提升阵列的发光效率。
  将多个小尺寸芯片高密度地集成在一起,封装成功率型LED也可以获得较高的光通量输出。为避免电极引线的遮光问题,在基板上设计无引线的芯片集成是一种行之有效的办法。 此外,将芯片做成异形结构,也能提升芯片的发光效率。选择上述儿项技术加以组合,也可以改善芯片的出光率,例如采用多量子阱、透明衬底、厚窗口技术以及覆芯片结构制成的AlInGaPLED在橙光区域(611nm)的光效可达102lm/W。
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