[发明专利]一种图形化衬底的LED芯片模型的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED芯片模型的设计，特别涉及一种图形化衬底的LED芯片模型的设计方法。

背景技术

发光二极管（LED）作为一种新型固体照明光源，具有节能、环保、长寿以及多彩等突出特点，在室外照明、商业照明以及装饰工程等领域都具有广泛的应用。但是现阶段LED的应用成本较高，发光效率较低，这些因素都会大大限制LED向高效节能环保的方向发展。针对提高LED效率的问题，图形化衬底技术作为一种有效的解决方案，正逐渐被广泛应用于LED芯片的研究与制作当中。对于较早提出的其他解决方案，如表面粗化、光子晶体技术等，图形化衬底可以直接有效地改变光在衬底中的传播路径，在保证良好外延晶体质量的前提下大大提高LED的外量子效率，体现出更佳的技术优势。而作为直接影响光路的决定性因素，图案的形貌和尺寸等各项参数的设计与优化是图形化衬底技术的研究重点。

然而，目前发展起来的图形化衬底技术在图案设计方面并没有过多的侧重，尽管已被应用的图案类型多样，如长条型，锥型，圆台型、半球型等，但每种图案的设计及图案参数的优化方案并未系统化，这使得图形化衬底LED未能发挥出最佳的工作效率。现在大多数图形化衬底图案的设计都是在实际经验基础上加以优化而成，此种设计方法需要进行多次对比验证，才能得到较为理想的图案参数，这样无疑会使设计过程变得困难并且进展缓慢。

此外，图案的参数设定也可借助光学传播的物理理论和数学模型加以优化，即先利用光学理论如反射、折射、光吸收原理等，设计出光线在衬底上的传播路径，再利用数学模型模拟出衬底图案的形貌和尺寸。尽管这种方法具备了基础的设计理论，但计算过程过于复杂，且设计过程需忽略较多的实际影响因素，因此得出的结论不具代表性。

由此可见，图形化衬底图案的设计仍不成熟，设计方法尚未系统化，这对图案参数的设定造成很大的不便，而且也大大限制了图形化衬底LED发光效率的提高。因此，提出一种系统、可操作性强的LED图形化衬底图案的设计方法成为了该技术的关键。

SolidWorks软件是一款常用的三维CAD软件。它提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制，其资源管理器是唯一一个同Windows资源器类似的CAD文件管理器。功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks的三大特点，它能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量，操作简单方便。

TracePro软件是一款普遍用于照明系统、光学分析、辐射度分析及光度分析的光线模拟软件。它能模仿所有类型的显示系统（从背光系统，到前光、光管、光纤、显示面板和LCD投影系统），能进行图形显示、可视化操作，并提供了3D实体模型的数据库，具备有处理复杂几何的能力，可定义和跟踪数百万条光线，对光线进行有效和准确地分析。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种系统、方便的图形化衬底的LED芯片模型的设计方法，所设计的LED芯片模型与实际LED外延芯片的光效具有很好的吻合度。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种图形化衬底的LED芯片模型的设计方法，包括以下步骤：

（1）构建LED芯片模型的衬底：采用Solidworks软件的建模功能构建出呈长方体状的衬底；

（2）在衬底上构建图案：采用Solidworks软件，根据衬底图案的基本单元的几何参数建立基本几何体，根据基本单元阵列的几何参数将基本几何体密排布于衬底的上表面，得到带有图案的衬底模型；

（3）构建LED芯片模型的外延层：采用TracePro软件自带的建模功能依次构建N-外延层、量子阱层、P-外延层；所述N-外延层、量子阱层、P-外延层均呈长方体状；

（4）构建靶面：采用TracePro软件自带的建模功能制作六个靶面，所述六个靶面分别置于LED芯片模型的上、下、前、后、左、右方；其中前、后靶面对应LED芯片模型的长边；左、右靶面对应LED芯片模型的短边；

（5）在N-外延层与衬底接触的面上构建与衬底图案相应的图案：将步骤（2）制作衬底图案建成的文件转化SAT文件，导入TracePro软件中，利用TracePro软件的差减功能，先点击N-外延层，再点击衬底，在N-外延层与衬底接触的面上构建与衬底的图案相应的图案；

（6）分别设定LED芯片模型的衬底、N-外延层、MQW量子阱层、P-外延层的材料的材质及光性能参数；