[發(fā)明專利]一種圖形化襯底的LED芯片模型的設(shè)計方法

有效

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• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN102682179A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李國強;林志霆;周仕忠;王海燕
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 齊榮坤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及LED芯片模型的設(shè)計，特別涉及一種圖形化襯底的LED芯片模型的設(shè)計方法。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管（LED）作為一種新型固體照明光源，具有節(jié)能、環(huán)保、長壽以及多彩等突出特點，在室外照明、商業(yè)照明以及裝飾工程等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。但是現(xiàn)階段LED的應(yīng)用成本較高，發(fā)光效率較低，這些因素都會大大限制LED向高效節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。針對提高LED效率的問題，圖形化襯底技術(shù)作為一種有效的解決方案，正逐漸被廣泛應(yīng)用于LED芯片的研究與制作當(dāng)中。對于較早提出的其他解決方案，如表面粗化、光子晶體技術(shù)等，圖形化襯底可以直接有效地改變光在襯底中的傳播路徑，在保證良好外延晶體質(zhì)量的前提下大大提高LED的外量子效率，體現(xiàn)出更佳的技術(shù)優(yōu)勢。而作為直接影響光路的決定性因素，圖案的形貌和尺寸等各項參數(shù)的設(shè)計與優(yōu)化是圖形化襯底技術(shù)的研究重點。

然而，目前發(fā)展起來的圖形化襯底技術(shù)在圖案設(shè)計方面并沒有過多的側(cè)重，盡管已被應(yīng)用的圖案類型多樣，如長條型，錐型，圓臺型、半球型等，但每種圖案的設(shè)計及圖案參數(shù)的優(yōu)化方案并未系統(tǒng)化，這使得圖形化襯底LED未能發(fā)揮出最佳的工作效率?，F(xiàn)在大多數(shù)圖形化襯底圖案的設(shè)計都是在實際經(jīng)驗基礎(chǔ)上加以優(yōu)化而成，此種設(shè)計方法需要進(jìn)行多次對比驗證，才能得到較為理想的圖案參數(shù)，這樣無疑會使設(shè)計過程變得困難并且進(jìn)展緩慢。

此外，圖案的參數(shù)設(shè)定也可借助光學(xué)傳播的物理理論和數(shù)學(xué)模型加以優(yōu)化，即先利用光學(xué)理論如反射、折射、光吸收原理等，設(shè)計出光線在襯底上的傳播路徑，再利用數(shù)學(xué)模型模擬出襯底圖案的形貌和尺寸。盡管這種方法具備了基礎(chǔ)的設(shè)計理論，但計算過程過于復(fù)雜，且設(shè)計過程需忽略較多的實際影響因素，因此得出的結(jié)論不具代表性。

由此可見，圖形化襯底圖案的設(shè)計仍不成熟，設(shè)計方法尚未系統(tǒng)化，這對圖案參數(shù)的設(shè)定造成很大的不便，而且也大大限制了圖形化襯底LED發(fā)光效率的提高。因此，提出一種系統(tǒng)、可操作性強的LED圖形化襯底圖案的設(shè)計方法成為了該技術(shù)的關(guān)鍵。

SolidWorks軟件是一款常用的三維CAD軟件。它提供了一整套完整的動態(tài)界面和鼠標(biāo)拖動控制，其資源管理器是唯一一個同Windows資源器類似的CAD文件管理器。功能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點，它能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量，操作簡單方便。

TracePro軟件是一款普遍用于照明系統(tǒng)、光學(xué)分析、輻射度分析及光度分析的光線模擬軟件。它能模仿所有類型的顯示系統(tǒng)（從背光系統(tǒng)，到前光、光管、光纖、顯示面板和LCD投影系統(tǒng)），能進(jìn)行圖形顯示、可視化操作，并提供了3D實體模型的數(shù)據(jù)庫，具備有處理復(fù)雜幾何的能力，可定義和跟蹤數(shù)百萬條光線，對光線進(jìn)行有效和準(zhǔn)確地分析。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種系統(tǒng)、方便的圖形化襯底的LED芯片模型的設(shè)計方法，所設(shè)計的LED芯片模型與實際LED外延芯片的光效具有很好的吻合度。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種圖形化襯底的LED芯片模型的設(shè)計方法，包括以下步驟：

（1）構(gòu)建LED芯片模型的襯底：采用Solidworks軟件的建模功能構(gòu)建出呈長方體狀的襯底；

（2）在襯底上構(gòu)建圖案：采用Solidworks軟件，根據(jù)襯底圖案的基本單元的幾何參數(shù)建立基本幾何體，根據(jù)基本單元陣列的幾何參數(shù)將基本幾何體密排布于襯底的上表面，得到帶有圖案的襯底模型；

（3）構(gòu)建LED芯片模型的外延層：采用TracePro軟件自帶的建模功能依次構(gòu)建N-外延層、量子阱層、P-外延層；所述N-外延層、量子阱層、P-外延層均呈長方體狀；

（4）構(gòu)建靶面：采用TracePro軟件自帶的建模功能制作六個靶面，所述六個靶面分別置于LED芯片模型的上、下、前、后、左、右方；其中前、后靶面對應(yīng)LED芯片模型的長邊；左、右靶面對應(yīng)LED芯片模型的短邊；

（5）在N-外延層與襯底接觸的面上構(gòu)建與襯底圖案相應(yīng)的圖案：將步驟（2）制作襯底圖案建成的文件轉(zhuǎn)化SAT文件，導(dǎo)入TracePro軟件中，利用TracePro軟件的差減功能，先點擊N-外延層，再點擊襯底，在N-外延層與襯底接觸的面上構(gòu)建與襯底的圖案相應(yīng)的圖案；

（6）分別設(shè)定LED芯片模型的襯底、N-外延層、MQW量子阱層、P-外延層的材料的材質(zhì)及光性能參數(shù)；