橢球周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)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(zhǎng)，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于信號(hào)燈，背光源及日常照明等領(lǐng)域，具有廣闊的市場(chǎng)前景。在能源危機(jī)日益突出的今天，LED高效的能源轉(zhuǎn)換及巨大的應(yīng)用市場(chǎng)在我國(guó)節(jié)能減排的實(shí)施過(guò)程中起到巨大的作用。但是，LED較低的外量子效率導(dǎo)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(guò)提高內(nèi)量子效率實(shí)現(xiàn)，另一方面通過(guò)提高光提取效率實(shí)現(xiàn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，LED的內(nèi)量子效率已超過(guò)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(qiáng)LED發(fā)光效率所要解決的主要問(wèn)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(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。
　　目前國(guó)內(nèi)外研究者提出了光子晶體，表面粗化，圖形化襯底，復(fù)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(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)研究作為L(zhǎng)ED光提取效率研究的一種重要手段，但有時(shí)候會(huì)耗費(fèi)大量不必要的人力物力。因此需要開(kāi)展系統(tǒng)科學(xué)的理論研究為實(shí)驗(yàn)提供理論指導(dǎo)，同時(shí)通過(guò)數(shù)值理論計(jì)算優(yōu)化LED表面微納米結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)一步為實(shí)驗(yàn)指明方向，以減少實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的不必要耗費(fèi)。
　　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(duì)象，通過(guò)數(shù)值仿真計(jì)算優(yōu)化分析橢球結(jié)構(gòu)對(duì)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(guò)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(qiáng)薄膜倒裝LED光提取效率的原因。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)利用時(shí)域有限差分方法(FDTD)數(shù)值計(jì)算表面橢球周期結(jié)構(gòu)對(duì)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(shì)。同時(shí)仿真計(jì)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(qiáng)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(dǎo)模，與平