GaN基LED的ITO表面微元粗化改善光效的研究.pdf

1、發(fā)光二極管(LED)因其具有多種優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，但進(jìn)一步提高LED的發(fā)光效率仍然是研究的重點(diǎn)。目前，有多種方法用于提高LED的發(fā)光效率，其中表面粗化是最早也是最有效的方法。雖然表面粗化技術(shù)發(fā)展的比較早，但由于其對(duì)提高LED發(fā)光效率的效果顯著，故此種方法仍是研究熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外研究者一直嘗試和設(shè)計(jì)各種不同的粗化結(jié)構(gòu)，均取得較好的成果。由于表面粗糙化的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜而且多樣化，如何定量分析LED表面粗化結(jié)構(gòu)、尺寸及其形狀對(duì)發(fā)光效率的影響

2、是一重要的研究課題。若只通過(guò)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行研究將會(huì)大幅增加研發(fā)成本。若采用現(xiàn)有先進(jìn)的仿真軟件先進(jìn)行模擬仿真和理論分析不同表面粗化結(jié)構(gòu)、尺寸、及其形狀對(duì)LED發(fā)光效率的影響，將為實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐提供數(shù)據(jù)參考，并降低研發(fā)成本，其將具有一定的意義。
　　 本文首先從光學(xué)理論基礎(chǔ)入手，簡(jiǎn)單介紹了GaN基LED的基本結(jié)構(gòu)和發(fā)光原理、LED發(fā)光效率的基本原理以及幾何光學(xué)的一些基礎(chǔ)知識(shí)，并簡(jiǎn)單介紹LightTools軟件。然后建立了三種特殊

3、的GaN基LED的ITO粗化微元結(jié)構(gòu)，其中模型一是在ITO上表面做不同形狀微元粗化（分別為柱狀坑、四方體坑、半球狀坑、四棱錐坑），模型二是在ITO的側(cè)面做三角坑微元粗化，模型三是在ITO上加增透膜。分別對(duì)模型一的微元粗化結(jié)構(gòu)和模型三的微元粗化結(jié)構(gòu)做出了理論上提高光效的分析，對(duì)模型二的微元粗化結(jié)構(gòu)建立數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用Matlab等計(jì)算手段對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論計(jì)算和分析，得到數(shù)學(xué)模型中不同參數(shù)對(duì)發(fā)光效率的影響，通過(guò)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性分析和對(duì)照

4、比較，得到提高LED發(fā)光效率相關(guān)參數(shù)的最佳值，最終給出一定的優(yōu)化結(jié)果。最后用LightTools軟件根據(jù)三個(gè)微元粗化模型建立幾何模型，確定粗化結(jié)構(gòu)的光學(xué)布局，包括材料屬性、折射率和吸收系數(shù)等等，運(yùn)用軟件建立接收面，再對(duì)三種粗化模型進(jìn)行MonteCarlo光線追跡，通過(guò)模擬光線追跡的大量光線，最終得到三種表面粗化微元的對(duì)發(fā)光效率的影響。
　　 通過(guò)數(shù)學(xué)模型和軟件模擬計(jì)算比較各種不同的粗化結(jié)構(gòu)對(duì)提高LED發(fā)光效率的影響，相比未經(jīng)粗化