蓝光LED光子晶体技术原理及制程详解

 

　　为回避日亚化学的蓝光LED 加萤光粉制技术专利，各业者纷纷投入其它能达到散发出白光的LED 技术，目前最被期待的技术是利用UV LED 来达到白光的目的，但是，UV LED 仍旧有著光外漏及低亮度两个不易克服的困难。使得除了继续努力来解决相关的问题外，不得不再去寻求其它的材料或技术来达到散发出白光的LED 技术。

　　在1987 年，国籍相异且分居不同地点的两位学者，Eli Yablonovitch 与Sajeev John 几乎同一时间在理论上发现，电磁波在周期性介电质中的传播状态具有频带结构，利用两种以上不同折射率(或介电常数)材料做周期性变化来达成光子能带的物质。所以光子晶体(PhotonicCrystal)被发现已将近20 年后的今天，在各领域的应用有著相当令人激赏的表现，一直是备受研发者所关心的一项技术。

　　目前利用二次元光子晶体来达到完成白光LED 的技术，已陆续出现突破性的发展，使得未来Photonic Crystal LED 已成为众所瞩目的焦点与摆脱日亚化学专利的期望寄托。

　　1、光子晶体特性与结构

　　光子晶体随著波长不同，会出现于周期性的结构，可以分别发展出一次元、二次元及三次元的光子晶体。而在这些结构当中，最出名的应该是属于三次元的光子晶体结构，但是，三次元的光子晶体在制造上及商品化，就今天的技术而言是非常困难的。原因是目前主要研究的领域还是保留在二次元的光子晶体，所以，今天在LED 领域各业者相竞开发的光子晶体LED，也是二次元的光子晶体。

　　一般的材料构造是属于固定构造，所以材料本身会具有的一定的折射率。波数(Wave Number)与频率对于一般材料折射率的影响，横轴是物质的波数(Wave Number)、纵轴是频率、斜线就代表折射率。折射率是非常等比例的成长，也就是代表说不管什么样的波数、什么样的波长，它的折射率都是一定的。那么光子晶体是什么样的结构，再从另外一个角度来说明。光子晶体的特性就是周期构造，也因此会产生多重反射。

　　光子晶体所构成的波数矢量数和光的频率比例，频率的曲线不是那么单纯，曲线已经会变得非常复杂，这个曲线会随著光的多方向性，就是异向性而出现变化，而随著它的偏光性，就可以运用来设计出不同的产品。光子晶体它有一个很出名的特性，相信大家都知道，就是它有一个光能隙。在光能隙这个区域里面，光线是不存在的。这边的曲线也跟图一A 是的斜率意义是一样的，是折射率的相反。只要在这一点，斜率等于零。所以在这一点以外，光的速度就不会产生零这个现象。所以也可以说，光子晶体也可以控制光的速度。

　　就简单来说，运用光子晶体的目的浓缩成一句话，就是要利用周期构造，以人工的方式来控制这个光学特性。

　　2、光子晶体与有固态发光元件差异

　　光子晶体有3 个光学特性，可以利用人工的方式来加以控制而达到不同的目的。第一个特性是，如果利用光能隙的话，就可以遮蔽光通过。利用这个特性可以把光锁在一个相当狭小的区域里面。目前产业界中，就有利用这个特性把光聚集在一个区域里面，制作成一个集成电路。

　　另外一个特性是，就是光子晶体有异向性，光子晶体的光会朝向很多方向散射，原因是光子晶体可以随著光的偏光角度，出现透光与不透光(某个角度它可以透过，但是有些角度是没办法透过)。

　　第三个特性就是，光子晶体的曲线非常复杂、变化多端。因为光子晶体的曲线变化非常快，非常不规则，所以只要波长稍有变化，那就可以看到进入光子晶体的光，它的角度就会偏离得非常大。在优点方面，光子晶体的面积要比传统集成电路缩小了千分之一，所以，相对的，电路的积集度就比过去增加了1,000 倍。而另一个优点是折光性倍数可以达到以往1,000 倍。

　　另外，也可以利用偏光性，改变光的性质，可以将以往正方形的偏光浓缩成以往体积的千分之一。简单来说，光子晶体它有什么样的好处与特性?积集度高，体积小，成本低。