改进封装结构
除了增强散热性能外，提高发光效率的其它方法还包括改变芯片结构和封装以及使用新材料等。
在照明应用中采用高亮度LED封装的情况越来越多，有的是在单一封装中集成多个微型芯片，有的只采用一个大型芯片。大型芯片中，从生成到发射的光通路较长，其中的衰减会降低发光效率。通过更改芯片结构，在基板上涂覆GaN(氮化镓)层，这个问题最近已经得到解决。
欧司朗光电半导体公司开发出ThinGaN技术，可以使用激光器将蓝宝石基板从GaN基芯片上剥离下来，再贴到锗晶圆上。ThinGaNLED的光利用率较高，97%的光都能够从芯片表面发射出来。
该公司还采用芯片级转换(CLC)技术直接将荧光粉涂覆在芯片发射表面(见图7)，这样就可以从同一表面发射蓝光和黄光。当与透镜配合使用时，可以获得很好的效果。
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图7 通过改进封装结构来提高发光效率 |
传统的GaN基蓝光LED从发射层侧面发光。与透镜配合时需要使用反射器，而反射会降低光的利用效率。此外，通常蓝光只从芯片中发出，黄光则从含有荧光粉的密封树脂中发出，这意味着蓝、黄两种颜色的光具有不同大小的光源，通常会导致色调发生变化。
2008年，欧司朗光电半导体公司推出新型Golden DRAGON Plus封装技术，改进了密封树脂的形状。公司采用透明的树脂，并将其表面加工为凸透镜的形状(见图7)。透镜形状的表面可以使树脂-空气界面的全反射最小，从而将树脂层的光输出提高10%～15%。
便宜的纳米刻蚀
日本SCIVAX公司通过利用纳米印刷技术对芯片侧壁及层间界面等进行刻蚀，提高了光输出效率。该公司采用直径仅数百纳米的特殊模具对光线进行折射，以防止来自发射层的光线在空气界面出现反射(见图8)。
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图8 利用表面刻蚀技术提高亮度和发光效率 |
纳米刻蚀芯片表面的想法在几年前就被提出，有些LED芯片厂商已经在采用该技术。SCIVAX公司副总裁奥田德路解释了其能以低成本提高发光效率的原因：“传统技术很难处理大面积晶圆，但利用纳米印刷技术后，处理单一LED晶圆的成本即可降至仅几百日元。”
首先将树脂旋转涂覆在LED晶圆的p型GaN层表面，然后将带有凹凸图案的硅模片压在树脂上，再利用离子刻蚀从p型GaN上剥离GaN，以显示出凹凸图案。图案中微细孔洞的深度和直径约为200nm，需要进行优化以匹配具体特性(如光波长及芯片成分)。
仿真结果表明： 该技术可以使LED芯片发光亮度提高20%～30%。此外，在发光层形成以前，也可以将该工艺用于蓝宝石基板，从而抑制蓝宝石与缓冲膜界面的反射。该公司指出，在GaN晶体生长期间，采用该工艺还可以减少晶格缺陷。
发光效率提高3倍
最近，日本三菱化学公司宣布进入LED照明市场，希望通过采用由新型m面GaN(m-plane GaN)基板材料制造的芯片来大幅提高发光效率。2008年，该公司并购了三菱电缆工业公司的LED部门；2009年1月，公司又与美国Cree公司签订了关于m面GaN技术的授权协议。工程师认为m面GaN基板优于目前普遍使用的蓝宝石基板。三菱化学公司信息电子本部SSLD推进业务规划组负责人川名真表示：“m面GaN技术可以使发光效率提高3倍，达到200lm/W～300lm/W。”该公司计划利用该技术为白光LED提供高显色性和高发光效率，并将与照明厂商通力合作，生产和销售LED灯具。
也有其它公司正在开发m面GaN基板LED，但都遇到了生产率低和成本高的难题。三菱化学公司则采用了成本相对较低的液相生长技术。据该公司的川名真透露，到2015年，其制造成本有望降低到与蓝光LED芯片相当的水平。
三菱化学公司目前采用的是传统的LED封装，其中包括蓝光LED与黄色荧光粉(见图9)。公司下一步将利用其荧光粉专用技术，将红色、绿色荧光粉与蓝光LED相结合，打造具有高显色性的LED封装。目前这类封装的发光效率较低，公司希望通过改进荧光粉，在2010年实现100lm/W的发光效率。
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图9 采用近紫外LED实现高发光效率和高显色性 |
m面GaN基底也是未来LED的理想选择。为了提高发光效率，并提供良好的显色性，三菱化学公司的工程师正在尝试将近紫外LED与红色、绿色及蓝色荧光粉进行组合。该公司计划于2009财年底推出样片，2011年开始量产。（全文完）
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