橢球周期結(jié)構(gòu)增強LED發(fā)光效率的研究.pdf

1、發(fā)光二極管(LED)作為一種綠色光源，具有體積小，節(jié)能環(huán)保，壽命長，響應速度快等優(yōu)點，被廣泛應用于信號燈，背光源及日常照明等領(lǐng)域，具有廣闊的市場前景。在能源危機日益突出的今天，LED高效的能源轉(zhuǎn)換及巨大的應用市場在我國節(jié)能減排的實施過程中起到巨大的作用。但是，LED較低的外量子效率導致的低發(fā)光效率制約了其快速發(fā)展。提高外量子效率一方面通過提高內(nèi)量子效率實現(xiàn)，另一方面通過提高光提取效率實現(xiàn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，LED的內(nèi)量子效率已超過80％，

2、提升空間較小。所以，如何提高LED的光提取效率成為增強LED發(fā)光效率所要解決的主要問題。而影響LED光提取效率的主要因素是菲涅耳反射和全內(nèi)反射。因此，如何克服LED內(nèi)存在的菲涅爾反射和全反射，提高LED光提取效率成為國內(nèi)外研究的重點。
　　目前國內(nèi)外研究者提出了光子晶體，表面粗化，圖形化襯底，復合結(jié)構(gòu)，微納米周期結(jié)構(gòu)等方法提升LED的光提取效率并進行了大量的實驗研究。其中表面微納米周期結(jié)構(gòu)能抑制LED的全內(nèi)反射，提高其光提取效率，

3、得到廣泛關(guān)注。實驗研究作為LED光提取效率研究的一種重要手段，但有時候會耗費大量不必要的人力物力。因此需要開展系統(tǒng)科學的理論研究為實驗提供理論指導，同時通過數(shù)值理論計算優(yōu)化LED表面微納米結(jié)構(gòu)參數(shù)，進一步為實驗指明方向，以減少實驗帶來的不必要耗費。
　　本文以表面橢球周期結(jié)構(gòu)氮化鎵(GaN)基薄膜倒裝LED為研究對象，通過數(shù)值仿真計算優(yōu)化分析橢球結(jié)構(gòu)對薄膜倒裝LED光提取效率的影響，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)參數(shù)并通過內(nèi)部能量分布圖樣和衍射效率分

4、析了橢球周期結(jié)構(gòu)增強薄膜倒裝LED光提取效率的原因。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)利用時域有限差分方法(FDTD)數(shù)值計算表面橢球周期結(jié)構(gòu)對薄膜倒裝LED光提取效率的影響。仿真分析薄膜倒裝LED光提取效率隨橢球結(jié)構(gòu)周期，高度變化而變化的趨勢。同時仿真計算薄膜倒裝LED內(nèi)部能量分布圖樣，探討橢球周期結(jié)構(gòu)增強薄膜倒裝LED光提取效率的原因。仿真結(jié)果表明，橢球周期結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒏嗟娜肷涔饩奂脚R界角內(nèi)，削弱薄膜倒裝LED內(nèi)的導模，與平