Lumileds聲稱能讓LED亮度加倍
- 上線日期：2009/4/30 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
Philips Lumileds的科學家在氮化鎵(GaN)LED上直接蝕刻出三角晶格(triangular lattice)結構，製造出號稱至今萃光效率最高的光子晶體發光二極體(photonic-crystal LED)，其萃光率高達73%，最高亮度是一般LED的2倍。
在LED中，由於半導體晶粒的折射率相當大，活性介質發出的光子往往因全反射而被困在晶粒中。為了要提高萃光率，LED表面通常會加以粗糙化，將萃光率提升至約65%。若再進一步以矽樹脂(silicone)或類似的透明料封裝，萃光率更可高達80%。不過，封裝雖然可以提高萃光效率，但由於LED的亮度與封裝材料的折射係數平方成反比，卻會犧牲掉LED的亮度。一般封裝材料的折射係數約為1.5，在同樣的萃光率下，加了封裝後LED的亮度會降低約2.25倍。
為了避開這個缺點，Lumileds團隊選擇在LED上直接製作光子晶體結構。他們在發光波長為450 nm且以銀反射鏡取代藍寶石基板的InGaN/GaN LED上，試驗了各種晶格圖案及薄膜厚度，結果發現薄的氮化鎵膜表現最好，它使原本侷限在晶片中的光能與光子晶體作用。該小組的最佳元件具有厚700 nm的氮化鎵膜，並以乾蝕刻方式製作250 nm深的光子晶體圖樣，以便讓光繞射離開LED。最理想的光子晶體具有Archimedean A13晶格，它是單位晶胞由13個孔洞組成的三角圖形，晶格常數為450 nm。
該公司最佳的光子晶體LED在2 mA的輸入電流下，外部量子效率(external quantum efficiency)為47%，在20 mA下外部量子效率為36%，測量得到的內部量子效率在60-69%左右，由此結果推算出的萃光率為68–78%，取平均為73%。
LED的封裝材料不但會影響元件亮度，而且在高光通量密度下容易降解(degrade)。因此發展出不使用封裝而仍能得到高萃取效率的方法，成為製造亮度更高的LED的要務。詳見Nature Photonics 3, 163 (2009)
原始網站: http://optics.org/cws/article/research/38618
譯者:劉丞彬(逢甲大學光電學系)
- 相關附件: