LED的发光效率

LED的发光效率
LED的发光效率一般称为组件的外部量子效率，其为组件的内部量子效率及组件的取出
效率的乘积。

所谓组件的内部量子效率其实就是组件本身的电光转换效率，主要与组件本身的特性，如组件材料的能带、缺陷、杂质、组件的垒晶组成及结构等柏关。

而组件的取出效率指的则是组件内部产生的光子，在经过组件本身的吸收、折射、反射后实际上在组件外部可测量到的光子数目。

因此，相关于取出效率的因素包括了组件材料本身的吸收、组件的几何结构、组件及封装材料的折射率差、组件结构的散射特性等。

而组件的内部量子效率及组件的取出效率的乘积，就是整个组件的发光效果，也就是组件的外部量子效率。

早期组件发展集中在提升其内部量子效率，方法主要是利用提高垒晶的质量及改变垒晶的结构，使电能不易转换成热能，进而间接提高LED的发光效率，可获得约70 010左右的理论内部量子效率。

但是这样的内部量子效率几乎已经接近理论的极限，在这样的状况下，光靠提升组件的内部量子效率是不可能提升组件的总光量的，因此提升组件的取出效率便成为重要的课题。

目前用于提升组件取出效率的方法，主要可以分为下列两个方向。

1)晶粒外型的改变-TIP结构
传统LED晶粒的制作为标准的矩形外观，因为一般半导体材料折射系数与封装环氧树脂的折射系数差异大，使交界面全反射临界角小，而矩形的四个截面互相平行，光子在交界面离开半导体的概率变小，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，造成发光效果木佳。

因此，改变LED形状是一个有效提升发光效率的方法。

HP公司所研发的TIP( Truncated Inverted Pyramid)型晶粒结构，四个截面将不再互相平行，光就可有效地被引出来，外部量子效率则大幅提升至55%，发光效率高达100 Im/W。

然而HP的TIP LED只适用在易于加工的四元红光LED上，对于使用硬度极高的蓝宝石
基板的GaN系列LED而言有相当的困难。

2001年年初，Cree公司用同样的结构概念，利用SiC基板的优势，也成功将GaN、SiC LED同样做成具有斜面的LED，并将外部量子效率大幅提升至32 010；然而SiC基板比蓝宝石贵很多，因此目前在这一技术上，尚无进一步的进展。

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，提升组件的输出效率。

这样的方法最早是由日亚化学所提出的，其粗化方法基本上是在组件的几何形状上形成有规则的凹凸形状。

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；另一种是在组件上方制作有规则的凹凸形状，并在组件背面设置反射层。

使用传统工艺就可在GaN系化合物半导体层的界面设置凹凸形状，因此茌组件内设置凹凸形状的方式具有较高的实用性。

采用表面粗化技术波长为405 nm的紫外组件，可获得43%的外部量子效率，取出效率为60%，为目前全球最高的外部量子效率与取出效率。