如何提高LED的发光效率汇总.

提高发光效率的方法引言在现代社会的科学和技术发展中，发光效率的提高是一个重要的研究方向。

发光效率的高低直接影响到我们使用光源的质量、能源利用效率以及环境保护等方面。

本文将深入探讨提高发光效率的方法，包括材料选择、结构设计以及相关技术的发展等方面。

材料选择1. 半导体材料的优化半导体材料是光电器件发光效率的关键因素之一。

通过探究不同材料的特性和优缺点，可以选择合适的半导体材料来提高发光效率。

(1) 宽能隙材料宽能隙材料具有较大的能带间隙，如氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等。

这类材料能够发出较短波长的光，光子能量大，发光效率相对较高。

因此，采用宽能隙材料作为发光材料可以提高发光效率。

(2) 氮化物材料氮化物材料因其较大的禁带宽度和优良的热稳定性而备受关注。

该类材料包括氮化镓(GaN)、氮化铟钡(InGaN)等。

氮化物材料具有较高的电子迁移率和较低的杂质浓度，可以提高发光器件的效率并降低能耗。

2. 扩大反射率提高发光效率的另一个关键因素是扩大反射率，减少光的损失。

(1) 全反射层在发光器件中添加全反射层可以提高发光效率。

全反射层通常由多层介质膜组成，其折射率顺序变化，使得光在反射层和半导体材料间反复反射，从而增强发光效果。

(2) 溅射金属利用溅射金属的方式可以在发光器件内部形成高反射率的表面，从而提高发光效率。

选择合适的金属材料和溅射条件，可以得到较高的反射率。

结构设计1. 纳米结构纳米结构在提高发光效率方面起着重要作用。

(1) 量子点量子点是一种纳米材料，具有较小的尺寸。

通过调节量子点的尺寸和材料的性质，可以实现在不同波长范围内的发光效果。

量子点发光器件能够显著提高发光效率，应用前景广阔。

(2) 纳米线利用纳米线构建发光器件可以有效增强光的抓取和提高光的辐射效率。

纳米线具有大比表面积和高光利用率的特点，因此成为提高发光效率的重要手段。

2. 界面调控在发光器件的界面处进行调控也是提高发光效率的有效方法。

如何提高LED产品的光效OFweek半导体照明网讯近几年来，LED照明突飞猛进，LED产品的种类和样式也基本定型。

接下来，LED应用型企业要做的，就是如果提高LED产品的性能和品质。

其中LED产品的光效，是影响LED产品性能和品质的重要参数。

就光效而言，我公司的产品普遍在80lm/W以上，在行业来说，属于中等水平。

部分产品光效达到90lm/W，属中上等水平。

在今后，我们要做的工作，就是用大众的外观，制造出众的产品。

而“出众”无非就是性能和光效。

一、绪论早在2012年8月，美国CREE公司就发布了一款整灯光效超过170lm/W的LED球泡灯，功率7.3W，而光通量却高达1250lm。

不能不说对于LED的光通量，没有最高，只有更高。

对于LED应用型企业来说，如何提升LED产品的光效，是我们长期研发的课题和方向。

近几年来，LED照明突飞猛进，LED产品的种类和样式也基本定型。

接下来，LED应用型企业要做的，就是如果提高LED产品的性能和品质。

其中LED产品的光效，是影响LED产品性能和品质的重要参数。

对于企业来说，提高LED产品的光效，也将是势在必行。

目前LED产品主要包括室内的球泡灯，蜡烛灯，射灯，日光灯，筒灯，天花灯，面板灯和工矿灯等，室外灯具主要有路灯，隧道灯和投光灯。

就产品的外观样式来说，我公司的产品在行业中属于大众类型，没有自己的专利设计产品。

就光效而言，我公司的产品普遍在80lm/W以上，在行业来说，属于中等水平。

部分产品光效达到90lm/W，属中上等水平。

在今后，我们要做的工作，就是用大众的外观，制造出众的产品。

而“出众”无非就是性能和光效。

二、LED产品提高光效方法我们以18W的LED日光灯为例，讲述如何提高系统的光效。

2.1、LED日光灯技术指标18W的LED日光灯，主要技术指标如下：要求以最低的成本实现最高的光效。

基于以上指标，将从以下方面进行光效的提高。

2.2、LED日光灯的方案设计所采用2835 LED额定功率为0.2W，最高光通量高达26lm。

深圳市迈扬科技有限公司1、激光剥离技能（LLO）激光剥离技能（LLO）是使用激光能量分化GaN/蓝宝石接口处的GaN缓冲层，然后完成LED外延片从蓝宝石衬底别离。

技能长处是外延片转移到高热导率的热沉上，可以改善大尺度芯片中电流扩大。

n面为出光面：发光面积增大，电极挡光小，便于制备微布局，并且削减刻蚀、磨片、划片。

更重要的是蓝宝石衬底可以重复运用。

2、芯片键合技能光电子器材对所需求的资料在功能上有必定的需求，一般都需求有大的带宽差和在资料的折射指数上要有很大的改变。

可怜的是，一般没有天然的这种资料。

用同质外延成长技能一般都不能构成所需求的带宽差和折射指数差，而用一般的异质外延技能，如在硅片上外延GaAs和InP等，不只本钱较高，并且联系接口的位错密度也十分高，很难构成高质量的光电子集成器材。

因为低温键合技能可以大大削减不一样资料之间的热失配疑问，削减应力和位错，因而能构成高质量的器材。

跟着对键合机理的逐步知道和键合制程技能的逐步老练，多种不一样资料的芯片之间现已可以完成相互键合，然后能够构成一些特别用处的资料和器材。

3、通明衬底技能InGaAlP LED显示屏一般是在GaAs衬底上外延成长InGaAlP发光区GaP窗口区制备而成。

与InGaAlP比较，GaAs资料具有小得多的禁带宽度，因而，当短波长的光从发光区与窗口外表射入GaAs衬底时，将被全部吸收，变成器材出光功率不高的主要原因。

在衬底与约束层之间成长一个布喇格反射区，能将笔直射向衬底的光反射回发光区或窗口，有些改善了器材的出光特性。

一个更为有用的办法是先去掉GaAs衬底，代之于全通明的GaP晶体。

4、外表微布局技能外表微布局制程是进步器材出光功率的又一个有用技能，该技能的根本关键是在芯片外表刻蚀很多尺度为光波长量级的小布局，每个布局呈截角四面体状，如此不光扩大了出光面积，并且改变了光在芯片外表处的折射方向，然后使透光功率明显进步。

丈量指出，关于窗口层厚度为20μm的器材，出光功率可增加30％。

提高led发光效率的方法
LED作为一种高效节能的光源，被广泛应用于各个领域。

然而，LED 发光效率的提高仍然是一个重要的研究方向。

以下是提高LED发光效率的方法：
一、优化材料
1.选择高质量的材料：选择纯度高、结晶度好、缺陷少的材料，如GaN、InGaN等。

2.控制材料生长方式：采用MOCVD等先进生长技术，在控制生长条件和过程中，可以得到更优质的材料。

3.掺杂：在LED芯片中加入适量的掺杂剂，可以增加载流子密度，提高电子-空穴复合率，从而提高发光效率。

二、改进结构设计
1.优化电极结构：采用金属反射层等技术，在电极表面形成反射层，增强反射，并减少损耗。

2.优化外部量子效率：在芯片表面添加抗反射涂层或纳米柱阵列等结构，可以增强外部量子效率，并减少光线反射和散射。

3.调整发光波长：通过调节芯片中InGaN中In含量比例，可以实现发光波长的调整，从而提高发光效率。

三、改进制造工艺
1.优化晶体生长：采用先进的晶体生长技术，如HVPE等，可以得到
更优质的晶体材料。

2.优化制造工艺：采用干法蚀刻或湿法蚀刻等制造工艺，可以得到更加精细的结构和更高的发光效率。

3.改善封装技术：采用先进的封装技术，如SMT等，可以提高LED芯片的亮度和稳定性，并延长使用寿命。

综上所述，通过优化材料、改进结构设计和改进制造工艺等方法，可
以有效提高LED发光效率。

在实际应用中，还需要根据具体情况进行
选择和调整。

提高LED发光效率的六种技术由于全反射等因素，有源层产生的光绝大部分在LED内部转换为热能白白损耗掉了，能够辐射到自由空间的光占很小部分，使传统LED的出光效率仍然很低，因此提高LED的出光效率在节能减排的今天具有重要的意义。

下文将重点介绍提高LED发光效率的六种技术。

1)透明衬底技术InGaAlP LED通常是在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，使量子效率有了更大的提高。

2)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)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，每个结构呈截角四面体状，如此不但扩展了出光面积，而且改变了光在芯片表面处的折射方向，从而使透光效率明显提高。

测量指出，对于窗口层厚度为20μm的器件，出光效率可增长30%。

2、提高LED出光效率的几个途径(1)透明衬底技术InGaAlP LED通常是在GaAs衬底上外延生长InGaAlP发光区GaP窗口区制备而成.与InGa AlP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%.三年前,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,使量子效率有了更大的提高,如图9所示.显然,这种截角倒锥体形状的器件使透光面积增得更大,在红光区,这类器件的外量子效率可超过50%.图10指出了各类器件的光通量与正向电流的关系,明显表明了三类器件光通量的差异.对于吸收衬底的器件,由于量子效率很低,极大部分的输入能量变成了热,在很小的正向电流下,器件的结温就升得很高,使光通量迅速下降.透明衬底的LED器件,由于相当一部分输入电能变成了光能,相对地减少了升温效应,使器件可在大得多的电流状态下工作.(2)金属膜反射技术如果说透明衬底工艺首先起源于美国的HP、Lumileds等公司,那么金属膜反射法主要被日本、台湾等地的一些公司进行了大量的研究与发展.这种工艺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.该工艺通常谓之MB工艺,其基本要点如图11所示.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.实验证明,MB型红色LED,当电流为400mA与800mA时,光通量可分别达到37lm与74lm.该类器件已在日本三肯电气、台湾国联、全新等公司进入小批量生产.与传统器件相比,光效得到了大幅度提高.除MB结构的器件外,台湾国联还开发了一种谓之GB型的高亮度InGaAlP LED的新一代器件.所谓GB是英文Giga Bright的缩写.该工艺是采用一种新型的透明膠,将具有GaAs吸收衬底的LED外延片与一片蓝宝石基板粘合在一起,随后再将GaAs吸收衬底去除,并在外延层上制作电极,从而获得了很高的发光效率.(3)表面微结构技术表面微结构工艺是提高器件出光效率的又一个有效技术,该技术的基本要点是在芯片表面刻蚀大量尺寸为光波长量级的小结构,每个结构呈截角四面体状,如此不但扩展了出光面积,而且改变了光在芯片表面处的折射方向,从而使透光效率明显提高.图12指出了在具有纹理结构LED芯片的N种出光模式,由于纹理边缘的存在,使许多本来大于临界角的光可通过边缘部位的反射或折射透射出器件表面.显然,表面处纹理结构的存在,在出光机理上等同于大幅度增加了窗口层的厚度.窗口层的厚度越薄,纹理腐蚀得越深,则出光率的增加将越明显.测量指出,对于窗口层厚度为2 0µm的器件,出光效率可增长30%.当窗口层厚度减至10µm时,出光效率将有60%的改进.对于5 85-625nm波长的LED器件,制作纹理结构后,发光效率可达30lm/w,其值已接近透明衬底器件的水平.(4)倒装芯片技术通常兰绿光及白光LED的结构如图13所示.通过MOCVD技术在兰宝石衬底上生长GaN基L ED结构层,由P/N结发光区发出的光透过上面的P型区射出.由于P型GaN传导性能不佳,为获得良好的电流扩展,需要通过蒸镀技术在P区表面形成一层Ni-Au组成的金属电极层.P区引线通过该层金属薄膜引出.为获得好的电流扩展,Ni-Au金属电极层就不能太薄.为此,器件的发光效率就会受到很大影响,通常要同时兼顾电流扩展与出光效率二个因素.但无论在什么情况下,金属薄膜的存在,总会使透光性能变差.此外,引线焊点的存在也使器件的出光效率受到影响.采用GaN LED倒装芯片的结构可以从根本上消除上面的问题,如图14所示.由于芯片倒装于Si基垫上,LED发出的光直接透过兰宝石射出,不存在上述的Ni-Au金属膜与引线电极,因此出射的光没有损失,加上下面P-GaN层上蒸镀有Ag反射膜,进一步增强了出射光的强度.图15指出了兰绿光LED的量子效率随峰值波长的变化.实验指出,在450~530nm的峰值波长区域,倒装功率型L ED器件的量子效率要比普通型器件高出1.6倍.3、LED散热机制的分析正如上述,对于一个常规的LED器件,90%以上的输入功率将转换成热.为使器件能维持一个合适的温度,正常工作,这些热量必须通过管壳基板等媒介散发到周围环境中去.通常将二个节点间单位热功率输运所产生的温度差定义为该二个节点间的热阻,其数学表达式为:Rθ=ΔT/PD (9)其中Rθ为节点1与2之间的热阻,ΔT为节点1与2之间的温差,PD为二点间的热功率流.热阻Rθ表示了二点间的热散失能力,Rθ越大,散热能力越差;反之Rθ越小,散热能力越强.当电功率V=VF•IF施加到LED上后,在器件的P-N结处将产生大量的热,致使芯片温度迅速升高,由于器件良好的散热特性,大部分热量将通过银浆、管壳、散热基板,PCB散发到周围环境中去,从而抑制了器件芯片的升温.类同于电学中的电阻特性,热阻也存在着相同的运算法则,当n个LED安装于同一块基板上时,其热流图如图17所示.图中Tj、Tc与TB分别代表了某个LED管的P-N结区,管壳与基板处的温度、RθJ-C、RθC-B、RθB-A分别代表P-N结与管壳、管壳与基板、基板与环境之间的热阻,那么,该LED列阵的总热阻可表示为:RθJ-A= RθJ-C + RθC-B +RθB-A (10)其中,1/ΣRθJ-C=Σ(1/ RθJ-C),1/ΣRθC-B=Σ(1/ RθC-B),上式满足的基本条件是阵列中所有LE D具有完全相同的参数.热阻Rθ是LED的一个重要参量,当我们知道了某一器件的热阻的Rθ数值,那么根据式(9),即可求得LED的结温:Tj=TA+PDRθJ-A (11)其中Tj为器件的P-N结温,TA为环境温度,PD=I•V为器件的耗散功率,RθJ-A为器件P-N结与环境之间的热阻.显然,LED的热阻将严重影响器件的使用条件与性能,图18指出了不同热阻值的器件的最大正向电流与环境温度的关系,由图可见,当热阻较小时,光通量几乎与正向电流成正比例增加,当热阻较大时,由于P-N结温的上升,当正向电流加大到某值时,光通量将趋于饱和,并随之逐渐下降.对于一个LED管,设法降低P-N结与采用环境之间的热阻是提高器件散热能力的根本途径.由于环氧胶是低热导材料,因此P-N结处产生的热量很难通过透明环氧向上散失到环境中去,大部分热量通过衬底、银浆、管壳、环氧粘接层、PCB与热沉向下发散.显然,相关材料的导热能力将直接影响器件的热散失效率.表9与表10指出了若干常用衬底与热沉材料的导热系数值,银浆与环氧的数据未在表中列出.他们的导热系数值分别为2.7与0.2~0.8(w/mk).实验指出,对于一个普通型(Φ5)的LED,从P-N结区环境温度的总热阻在300~600˚C/w之间;对于一个具有良好结构的功率型L ED器件,其总热阻约为15~30˚C/w.巨大的热阻差异表明普通型器件只能在很小的输入功率条件下,才能正常地工作,而功率型器件的耗散功率可大到瓦级甚至更高.四、减小LED温升效应的对策LED的输入功率是器件热效应的唯一来源,能量的一部分变成了辐射光能,其余部分最终均变成了热,从而抬升了器件的温度.显然,减小LED温升效应的主要方法,一是设法提高器件的电光转换效率(又称外量子效率),使尽可能多的输入功率转变成光能,另一个重要的途径是设法提高器件的热散失能力,使结温产生的热,通过各种途径散发到周围环境中去.1、LED器件的量子效率所谓LED器件的量子效率,即是器件的电能转换成光能的能力,通常可将这种电光转换能力定义为外量子效率ηex,它是器件的注入效率ηJ、内量子效率ηi、电子输运效率ηf和出光效率ηo 的总和.ηex=ηJ•ηi•ηf•ηo (6)对于InGaAlP与InGaN LED器件中,由于P-N结二边的禁带宽度Eg与掺杂浓度均有一个较大差异,通常ηJ 1;由于器件发光区等结构,一切外延生长形成,发光区的P-N结为突变结,电子输运效率也接近于1.此外,鉴于当前InGaAlP与InGaN的器件结构与生长工艺十分成熟,实践证明,现代技术已足够使内量子效率提高到接近100%的水平.因此,LED器件的外量子效率主要取决于出光效率ηo,如将管芯看作是一个吸收系数为α,体积为v,被面积为Ai的N个面所包围的光学腔,那么该管芯的出光效率可表示为:ηN=ΣAiTi /〔Σ(1-Ri)Ai+4αv〕 (7)这里,Ti与Ri分别是Ai的透过率与反射率.对于一个实际的LED管芯,计算表明,芯片表面很小的透过率是LED器件出光效率变得很小的主要原因.其起因是由于芯片表面二侧物质所存在的较大的折射率差异,如图8所示,当芯片内的光沿方面1射向表面并沿方向2射入空气,根据折射定律:n1Sinθ1= n2Sinθ2 (8)通常芯片材料的折射率n1≈3.6,空气的折射率n2=1.可算得界面处发生全反射(θ2=90˚)的临界角θ1=θ0=16.2˚,也就是说,从芯片内部射向表面的光束,只有4%可以射出表面,其余的光能大部分反射回芯片材料内部而被(衬底)吸收.2、提高LED出光效率的几个途径(1)透明衬底技术InGaAlP LED通常是在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%.三年前,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,使量子效率有了更大的提高,如图9所示.显然,这种截角倒锥体形状的器件使透光面积增得更大,在红光区,这类器件的外量子效率可超过50%.图10指出了各类器件的光通量与正向电流的关系,明显表明了三类器件光通量的差异.对于吸收衬底的器件,由于量子效率很低,极大部分的输入能量变成了热,在很小的正向电流下,器件的结温就升得很高,使光通量迅速下降.透明衬底的LED器件,由于相当一部分输入电能变成了光能,相对地减少了升温效应,使器件可在大得多的电流状态下工作.(2)金属膜反射技术如果说透明衬底工艺首先起源于美国的HP、Lumileds等公司,那么金属膜反射法主要被日本、台湾等地的一些公司进行了大量的研究与发展.这种工艺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.该工艺通常谓之MB工艺,其基本要点如图11所示.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.实验证明,MB型红色LED,当电流为400mA与800mA时,光通量可分别达到37lm与74lm.该类器件已在日本三肯电气、台湾国联、全新等公司进入小批量生产.与传统器件相比,光效得到了大幅度提高.除MB结构的器件外,台湾国联还开发了一种谓之GB型的高亮度InGaAlP LED的新一代器件.所谓GB是英文Giga Bright的缩写.该工艺是采用一种新型的透明膠,将具有GaAs吸收衬底的LED外延片与一片蓝宝石基板粘合在一起,随后再将GaAs吸收衬底去除,并在外延层上制作电极,从而获得了很高的发光效率.(3)表面微结构技术表面微结构工艺是提高器件出光效率的又一个有效技术,该技术的基本要点是在芯片表面刻蚀大量尺寸为光波长量级的小结构,每个结构呈截角四面体状,如此不但扩展了出光面积,而且改变了光在芯片表面处的折射方向,从而使透光效率明显提高.图12指出了在具有纹理结构LED芯片的N种出光模式,由于纹理边缘的存在,使许多本来大于临界角的光可通过边缘部位的反射或折射透射出器件表面.显然,表面处纹理结构的存在,在出光机理上等同于大幅度增加了窗口层的厚度.窗口层的厚度越薄,纹理腐蚀得越深,则出光率的增加将越明显.测量指出,对于窗口层厚度为2 0µm的器件,出光效率可增长30%.当窗口层厚度减至10µm时,出光效率将有60%的改进.对于5 85-625nm波长的LED器件,制作纹理结构后,发光效率可达30lm/w,其值已接近透明衬底器件的水平.(4)倒装芯片技术通常兰绿光及白光LED的结构如图13所示.通过MOCVD技术在兰宝石衬底上生长GaN基L ED结构层,由P/N结发光区发出的光透过上面的P型区射出.由于P型GaN传导性能不佳,为获得良好的电流扩展,需要通过蒸镀技术在P区表面形成一层Ni-Au组成的金属电极层.P区引线通过该层金属薄膜引出.为获得好的电流扩展,Ni-Au金属电极层就不能太薄.为此,器件的发光效率就会受到很大影响,通常要同时兼顾电流扩展与出光效率二个因素.但无论在什么情况下,金属薄膜的存在,总会使透光性能变差.此外,引线焊点的存在也使器件的出光效率受到影响.采用GaN LED倒装芯片的结构可以从根本上消除上面的问题,如图14所示.由于芯片倒装于Si基垫上,LED发出的光直接透过兰宝石射出,不存在上述的Ni-Au金属膜与引线电极,因此出射的光没有损失,加上下面P-GaN层上蒸镀有Ag反射膜,进一步增强了出射光的强度.图15指出了兰绿光LED的量子效率随峰值波长的变化.实验指出,在450~530nm的峰值波长区域,倒装功率型L ED器件的量子效率要比普通型器件高出1.6倍.3、LED散热机制的分析正如上述,对于一个常规的LED器件,90%以上的输入功率将转换成热.为使器件能维持一个合适的温度,正常工作,这些热量必须通过管壳基板等媒介散发到周围环境中去.通常将二个节点间单位热功率输运所产生的温度差定义为该二个节点间的热阻,其数学表达式为:Rθ=ΔT/PD (9)其中Rθ为节点1与2之间的热阻,ΔT为节点1与2之间的温差,PD为二点间的热功率流.热阻Rθ表示了二点间的热散失能力,Rθ越大,散热能力越差;反之Rθ越小,散热能力越强.当电功率V=VF•IF施加到LED上后,在器件的P-N结处将产生大量的热,致使芯片温度迅速升高,由于器件良好的散热特性,大部分热量将通过银浆、管壳、散热基板,PCB散发到周围环境中去,从而抑制了器件芯片的升温.类同于电学中的电阻特性,热阻也存在着相同的运算法则,当n个LED安装于同一块基板上时,其热流图如图17所示.图中Tj、Tc与TB分别代表了某个LED管的P-N结区,管壳与基板处的温度、RθJ-C、RθC-B、RθB-A分别代表P-N结与管壳、管壳与基板、基板与环境之间的热阻,那么,该LED列阵的总热阻可表示为:RθJ-A= RθJ-C + RθC-B +RθB-A (10)其中,1/ΣRθJ-C=Σ(1/ RθJ-C),1/ΣRθC-B=Σ(1/ RθC-B),上式满足的基本条件是阵列中所有LE D具有完全相同的参数.热阻Rθ是LED的一个重要参量,当我们知道了某一器件的热阻的Rθ数值,那么根据式(9),即可求得LED的结温:Tj=T A+PDRθJ-A (11)其中Tj为器件的P-N结温,TA为环境温度,PD=I•V为器件的耗散功率,RθJ-A为器件P-N结与环境之间的热阻.表9. LED衬底材料的热导系数材料热导系数(w/cm•k)Si 1.5Al2O3 0.46GaAs 0.54SiC 4.9表10. 常用的热沉材料的热导系数材料热导系数(w/cm•k)碳钢39.2-36.7黄铜109铝合金162钼138银427锡67锌121纯铜398纯铝236纯铁81.1显然,LED的热阻将严重影响器件的使用条件与性能,图18指出了不同热阻值的器件的最大正向电流与环境温度的关系,由图可见,当热阻较小时,光通量几乎与正向电流成正比例增加,当热阻较大时,由于P-N结温的上升,当正向电流加大到某值时,光通量将趋于饱和,并随之逐渐下降.对于一个LED管,设法降低P-N结与采用环境之间的热阻是提高器件散热能力的根本途径.由于环氧胶是低热导材料,因此P-N结处产生的热量很难通过透明环氧向上散失到环境中去,大部分热量通过衬底、银浆、管壳、环氧粘接层、PCB与热沉向下发散.显然,相关材料的导热能力将直接影响器件的热散失效率.表9与表10指出了若干常用衬底与热沉材料的导热系数值,银浆与环氧的数据未在表中列出.他们的导热系数值分别为2.7与0.2~0.8(w/mk).实验指出,对于一个普通型(Φ5)的LED,从P-N结区环境温度的总热阻在300~600˚C/w之间;对于一个具有良好结构的功率型L ED器件,其总热阻约为15~30˚C/w.巨大的热阻差异表明普通型器件只能在很小的输入功率条件下,才能正常地工作,而功率型器件的耗散功率可大到瓦级甚至更高.。

提高发光效率的方法发光效率是指LED灯具中电能转化为光能的比例。

提高发光效率可以减少LED灯具的能耗，延长使用寿命，降低热量和成本。

以下是一些提高发光效率的方法：1.选择高效的LED芯片LED芯片是LED灯具最重要的组成部分之一。

选择高效的LED芯片可以提高发光效率。

在选择LED芯片时，应考虑其亮度、色温、色彩还原度等因素。

2.优化散热设计散热是影响LED灯具寿命和稳定性的关键因素之一。

优化散热设计可以减少灯具内部温度，降低功耗和成本。

常见的散热方式包括风扇散热、铝制散热器和液冷系统等。

3.控制电流和电压控制电流和电压可以有效地提高LED灯具的发光效率。

在设计或使用LED驱动器时，应根据需要控制恰当的电流和电压，以避免过载或欠载现象。

4.优化光学设计优化光学设计可以使得 LED 灯具更加均匀地分布光线，从而提高发光效率。

常见的光学设计包括反射器、透镜和光学纤维等。

5.使用高质量的组件使用高质量的组件可以提高LED灯具的可靠性和稳定性，从而提高发光效率。

在选择LED灯具时，应选择有信誉的品牌和厂家，并检查其产品质量认证。

6.减少损耗减少损耗是提高LED灯具发光效率的关键因素之一。

在使用 LED 灯具时，应避免过度照明或不必要的照明，以减少能源浪费和损耗。

7.降低温度降低温度可以有效地提高LED灯具的发光效率。

在使用 LED 灯具时，应尽可能保持室内温度适宜，并避免过度照明或不必要的照明。

总之，提高 LED 灯具发光效率是一个复杂而系统性的工程。

需要从多个方面入手，如芯片、散热、电流、电压、组件等方面进行优化和改进。

通过不断地优化和改进，可以大大提高 LED 灯具发光效率并降低成本。

提高led显示屏发光效率的技术分析 9-7 LED大屏网一、透明衬底技术InGaAlP LED通常是在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，使量子效率有了更大的提高。

二、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。

三、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，每个结构呈截角四面体状，如此不但扩展了出光面积，而且改变了光在芯片表面处的折射方向，从而使透光效率明显提高。

测量指出，对于窗口层厚度为20μm的器件，出光效率可增长30％。

当窗口层厚度减至10μm时，出光效率将有60％的改进。

对于585-625nm波长的LED器件，制作纹理结构后，发光效率可达30lm/w，其值已接近透明衬底器件的水平。

四、倒装芯片技术通过MOCVD技术在兰宝石衬底上生长GaN基LED结构层，由P/N结发光区发出的光透过上面的P型区射出。

发光二极管的发光效率研究发光二极管（LED）是一种电子元件，具有高效、可靠、长寿命、低功耗、小尺寸等优点，并且在照明、显示、通信、传感等领域有广泛的应用。

其中，发光效率是衡量LED性能的重要指标之一。

发光效率是指单位电功率输入时，发光二极管所发射的光子数。

其计算公式为：发光效率（lm/W）= 发光通量（lm）/ 输入电功率（W）其中，发光通量是LED发出的光量，单位为流明（lm）；输入电功率是LED接收的电功率，单位为瓦特（W）。

发光效率的提高，需要从以下几个方面入手。

1. 提高光电转换效率光电转换效率是指LED将电能转换为光能的效率。

LED的光电转换效率受到材料的品质、物理性质、制备工艺等方面影响。

为了提高光电转换效率，需要采用优质的材料、改进物理结构和制造工艺等。

例如，通过优化材料、增加掺杂量、控制杂质等方式可以减少载流子的复合损失，提高光电转换效率。

2. 提高光提取效率光提取效率是指LED发出的光能够从器件中尽可能地转移到空气等介质中的能力。

LED内部存在反射、折射、吸收等现象，使光传输受到较大阻碍，导致光提取效率低下。

为提高光提取效率，需要改进器件结构，使光能够尽可能地从器件中逃逸。

例如，采用倾斜的芯片结构、布置亚微米级光栅等方式可以增加光提取效率。

3. 完善光谱品质光谱品质是指LED发出的光的波长、色温、显色性等特性。

不同LED的光谱品质有所不同，需要根据应用需求选择适合的LED。

为完善光谱品质，需要优化材料、控制制备工艺、调整器件结构等。

例如，采用不同的掺杂元素、利用纳米制备技术等可以实现光谱精细调控。

4. 降低热损耗LED在工作过程中会产生热量，当热损耗超过一定值时，将对LED的性能和寿命产生不良影响。

为了降低LED的热损耗，可以采用散热性能优良的散热材料、设计合理的散热结构、调节LED的工作电流等措施。

总之，发光效率是衡量LED性能的重要指标之一，要提高发光效率需要从光电转换效率、光提取效率、光谱品质和热损耗等方面入手。