跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.200.145.223) 您好!臺灣時間:2023/05/29 01:29
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:林彥昇
研究生(外文):Yan-Sheng Lin
論文名稱:氮化鎵藍光LED光取出效率之研究
指導教授:林正峰林正峰引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:南台科技大學
系所名稱:光電工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:103
畢業學年度:102
語文別:中文
中文關鍵詞:發光二極體光取出效率
相關次數:
  • 被引用被引用:1
  • 點閱點閱:440
  • 評分評分:
  • 下載下載:41
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
氮化鎵發光二極體(Light-Emitting Diodes,LEDs)具有發光效率高、使用壽命長、環保、省電等優點,為照明設備開啟新的時代。其外部量子效率(EQE)是由光取出效率與內部量子效率所決定,本論文將著重於光取出效率的提升。我們利用光學模擬軟體ASAP (Advanced Systems Analysis Program)建立氮化鎵LED模型,並以蒙地卡羅光線追跡法模擬LED的出光路徑。
為了能夠有效的提升InGaN LED的光取出效率,我們模擬三種結構的LED,三種結構分別為Si基板、藍寶石基板以及垂直式LED,其中垂直式LED是將n-GaN做在上面,p-GaN做在下面的方式來做模擬。另外,我們也在此三種LED加入半球微結構,使整體的光取出效率提高,最後,我們分析此三種LED結構中各層所吸收的光通量。
中文摘要 1
Abstract 2
誌謝 3
目錄 4
圖目錄 6
表目錄 7
第一章 緒論 8
1-1前言 8
1-2 LED的發展 8
1-3 研究動機 10
1-4 論文大鋼 11
第二章 基礎光學理論與LED 發光原理 12
2-1 基礎光學理論 12
2-1-1 反射(Reflection) 12
2-1-2 折射(Refraction) 14
2-1-3 全反射(Total internal reflection) 15
2-1-4 菲涅耳方程式(Fresnel equations) 16
2-1-5 吸收(Absorption) 17
2-2 基礎光度計量學 17
2-2-1 光通量(Luminous flux) 18
2-2-2 發光強度(Luminous intensity) 18
2-3 LED發光原理 20
2-3-1 Lambertian光源 22
2-4 LED發光效率與量子效率 23
2-5 LED光取出效率之提升方式 24
2-5-1 LED表面粗化與微結構 24
2-5-2 改變基板表面形狀 25
2-5-3 使用垂直結構發光二極體 26
2-5-4 改變n-GaN的形狀 26
2-5-5 封裝 27
第三章LED光學模型的建構 28
3-1 光學模擬軟體ASAP 28
3-2 LED光學模型與參數設定 29
3-3 Si基板LED之光學模型 31
3-3-1 Si基板LED之光學模型加入微結構 32
3-4 藍寶石基板LED之光學模型 33
3-4-1 藍寶石基板LED之光學模型加入微結構 35
3-5 垂直式LED之光學模型 36
3-5-1 垂直式LED之光學模型 37
第四章單一微結構光學模擬的結果與討論 38
4-1 單一微結構的結構模擬 38
4-2 光線為中心點出光的模擬 40
4-3 光線為中心點向右側0.2r的地方出光之模擬 41
4-4 光線為中心點向右側0.4r的地方出光之模擬 42
4-5 光線為中心點向右側0.6r的地方出光之模擬 43
4-6 光線為中心點向右側0.8r的地方出光之模擬 44
4-7 討論 45
第五章LED光學模擬的結果 46
5-1 LED之光取出效率 46
5-2 Si基板LED之光取出效率 48
5-2-1 Si基板LED加入微結構之光取出效率 49
5-3 藍寶石基板LED之光取出效率 50
5-3-1 藍寶石基板LED加入微結構之光取出效率 51
5-4 垂直式LED之光取出效率 52
5-4-1 垂直式LED加入微結構之光取出效率 53
5-5光取出效率之比較 54
第六章 LED各層吸收之模擬 55
6-1 LED各層吸收模擬 55
6-2 Si基板LED各層吸收 55
6-3 藍寶石基板LED各層吸收 57
6-4 垂直式LED各層吸收 58
第七章 結論 60
參考文獻 61
[1]N. Holonyak, Jr., and S. F. Bevaqua, ―Coherent(visible) Light Emission From
Ga(As1–xPx) Junctions,‖ Appl. Phys. Lett. 1, 82-83 (1962).
[2]J. W. Allen, M. E. Moncaster, and J. Starkiewicz, “Electroluminescent devices
using carrier injection in gallium phosphide,” Solid-State Electron. 6, 95-102
(1963).
[3]H. G. Grimmeiss and H. J. Scholz, “Efficiency of recombination radiation in
GaP,” Phys. Lett. 8, 233-235 (1964).
[4]Zukauskas, M. S. Shur, and R. Caska, Introduction to Solid-state Lighting
(John Wiley & Sons, New York, 2002).
[5]P. Kuo, R. M. Fletcher, T. D. Osentowski, M. C. Lardizabal, M. G. Craford,
and V. M. Robbins, “High performance AlInGaP visible light emitting diodes,”
Appl. Phys. Lett. 57, 2937-2939 (1990).
[6]H. Sugawara, M. Ishikawa, and G. Hatakoshi, “High-efficiency InAlGaP/GaAs
visible light-emitting diodes,” Appl. Phys. Lett. 58, 1010-1012 (1991).
[7]H. Amano, N. Sawaki, I. Akasaki, and T. Toyoda, “Metal organic vapor phase
epitaxial growth of a high quality GaN film using an AlN buffer layer,” Appl.
Phys. Lett. 48, 353-355 (1986).
[8]Y. Koide, N. Itoh, K. Itoh, N. Sawaki, and I. Akasaki, “Effect of AlN buffer layer
on AlGaN/a-Al2O3 heterepitaxial growth by metal organic vapor phase epitaxy,”
Jpn. J. Appl. Phys. 27, 1156-1161 (1988).
[9]S. Nakamura, T. Mukai, M. Senoh, and N. Iwasa, “Thermal annealing effects on
p-type Mg-doped GaN films,” Jpn. J. Appl. Phys. 31, L139-L142 (1992).
[10]S. Nakamura, T. Mukai, and M. Senoh, “High-brightness InGaN/AlGaN
double- heterostructure blue-green-light-emitting diodes,” J. Appl. Phys. 76,
8180-8191 (1994).
[11]S. Nakamura, M. Senoh, N. Iwasa, S. Nagahama, T. Yamada, and T. Mukai,
“Superbright Green InGaN Single-Quantum-Well-Structure Light-Emitting
Diodes,” Jpn. J. Appl. Phys. 34, L1332-L1335 (1995).
[12]Y. Shimizu, K. Sakano, Y. Noguchi, and T. Moriguchi, “Light emitting device
having a nitride compound semiconductor and a phosphor containing a garnet
fluorescent material” United States Patent, US 5998925 (1999).
[13]http://www.eere.energy.gov/,美國能源局。 56

[14]林正峰,光學講義“Radiometry and Photometry”
[15]ASAP 波動光學、散射和輻射度分析。
[16]Eugene Hecht, Optics, fourth edition, pp. 111~121, 2007.
[17]E. F. Schubert, Light-Emitting Diodes, 2nd ed. (Cambridge University Press,
Cambridge, 2006).
[18]J. I. Shim, “ Design and Characterization Issues in GaN-based Light Emitting
Diodes”Optoelectronic Materials and Devices III, Proc. of SPIE Vol. 7135
71350C-1.
[19]M. K. Lee, C. L. Ho, and P. C. Chen, “ Light Extraction Efficiency Enhancement of GaN Blue LED by Liquid-Phase-Deposited ZnO Rods” , Photonics Technology Letters, IEEE.
[20]H. Gao, F. Yan, Y. Zhang, J. Li, Y. Zeng, G. Wang, F. Yang , “ Improvement of GaN-based light emitting diodes performance grown onsapphire substrates patterned by wet etching” Proc. of SPIE Vol. 6841 684107-1.
[21]P. Wang, B. Cao, Z. Gan, S. Liu, “Analysis of light extraction efficiency of GaN-based light-emitting diodes “2011 J. Phys.: Conf. Ser. 276 012083.
[22]A.L. Henneghien, G. Tourbot, B. Daudin, “Optical anisotropy and light extraction efficiency of MBE grown GaN nanowires epilayers” Optics Express, Vol. 19, Issue 2, pp. 527-539 (2011).
[23]M. R. Krames, O. B. Shchekin, R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, L. Zhou, G.
Harbers, and M. G. Carford, “Status and Future of High-Power Light-Emitting
Diodes for Solid-State Lighting,” IEEE J. Disp. Tech. 3, 160-175 (2007).
[24]S. Han, J. Y. Kim, S. I. Na, S. H. Kim, K. D. Lee, B. Kim, and S. J. Park,
“Improvement of light extraction efficiency of flip-chip light-emitting diode by
texturing the bottom side surface of sapphire substrate,” IEEE Photo. Tech. Lett.
18, 1406-1408 (2006).
[25]劉智揚,“非球面微結構之多功能光學膜的設計”,南台科技大學光電工程
研究所碩士論文,民國100年。
[26]Wiesmann, K. Bergenek, N. Linder, and U. T. Schwarz, “Photonic Crystal
LEDs – designing light extraction,” Laser & Photon. Rev. 3, 262-286 (2009).
[27]Z. Ting and T. C. McGill, “Monte Carlo simulation of light-emitting diode
light- extraction characteristics,” Opt. Eng. 34, 3545-3553 (1995).
[28]S. J. Lee, “Analysis of light-emitting diode by Monte Carlo photo simulation,”
Appl. Opt. 40, 1427-1437 (2001). 57

[29]C. C. Sun ., T. X. Lee, Y. C. Lo, “Light extraction enhancement of GaN-based LEDs through passive/active photon recycling” Optics Communications, Volume 284, Issue 20, p. 4862-4868.
[30]Stefanov, B. S. Shelton, H. S. Venugopalan, “Optimizing the external light extraction of nitride LEDs” Proceedings of SPIE Vol. 4776.
連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關期刊