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全向光学膜

/omni directional optical film/
条目作者伊晓燕

伊晓燕

最后更新 2023-08-03
浏览 110
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提升出光效率的光学镀膜增强技术。

英文名称
omni directional optical film
所属学科
电子科学与技术

高亮度、大功率的正装发光二极管要求其背面具有高反射率和高热导率特性。氮化镓(GaN)基发光二极管器件可以使用分布式布拉格反射膜(distributed Bragg reflector; DBR)。通过在芯片背面(蓝宝石面)蒸镀DBR,使到达芯片背面的光重新反射,是有效提高发光二极管取光效率的重要手段之一。对于使用在特定波段光谱段的高反射DBR膜主要有3种膜结构:金属层、介质层以及金属加介质层结构。①金属分布布拉格反射膜常用的金属反射材料包括银(Ag)、铝(Al)和铜(Cu)等。银膜的反射率在整个可见光区都较高,但银膜与基板的黏附力一般较弱,通常在镀银前添加非常薄的黏附连接层;铝膜在可见光区反射率也较高,略低于银膜,但铝膜在一部分紫外光波段仍有较好的反射能力,而银膜没有;铜膜对黄光、红光和红外光的反射能力较好,对蓝绿光的反射率较差。金属反射膜的反射率一般都不是很理想,但是金属反射膜对各个入射角的光线均能保持较高的反射率。②全介质型分布布拉格反射膜由多层高、低折射率材料交替形成,具有高反射率的周期结构。理论上,只要增加膜系的层数,反射率可以无限接近100%,但是这只是一部分入射角的情况,单纯的DBR膜无法保证从0°到90°的入射角都具有高反射率。此外,由于膜层中的吸收和散射损失,在膜系达到一定层数后,继续加镀两层并不能提高其反射率,有时甚至由于吸收和散射损失的增加而使反射率下降。③金属层+介质层的反射结构能克服这两种膜单独使用时各自的缺点,对各个入射角的光线均能实现很高的反射率,是一种比较理想的全向反射膜。但是,两种膜的叠加也增加了制造成本。

理想的透射膜只能采用介质膜,因为光在穿透金属膜时会被强烈吸收,而薄金属膜具有一定的透过率。早期的发光二极管曾采用镍金(NiAu)膜做电流扩展和透射膜。平面的介质膜层虽然对光的吸收很微小,但是根据折射定律,光从光密介质向光疏介质穿过时存在一个临界角,入射角大于临界角的光会被全反射,而且无论怎样设计平面介质膜都无法把这部分光抽取到外空间。透射膜的作用只能对小于临界角的入射光起到增加透射的作用。抽取这部分光的办法只有改变光或者界面的方向才能有效果,如表面粗化等。

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