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发光二极管光取出原理

发布时间:2020-07-21 18:49:36 阅读: 来源:螺旋钢管厂家

半导体发光二极管的辐射发光效率(Radiant Efficiency,ηR)又被称为电光转换效率(Wall-Plug Efficiency,ηWP),是光输出功率与光输入功率之比。

式中,ηext是外部量子效率(External Quantum Efficiency);ηv是电压效率。因为外部量子效率等于内部量子效率(Internal Quantum Efficiency, ηint)乘以光取出效率(Extraction Efficiency,Cex),所以

内部量子效率是光子数与电子空穴复合数之比,因此

其中,Popt为光输出功率;I为电流;V为电压;h为普朗克常数;f为频率(Frequency);q为电荷量。

一般ηv的范围是0.75~0.97,要增加ηv就是要减少电阻及电压与临界电流,而电阻则与LEDpn结中的p层杂质分布及电接触有关。所以

在进入功率IV一定时,要改进ηw p就要改进内部量子效率以得到高的Popt以及高的光取出效率。而这里主要的目的就是介绍怎样增加光取出效率以得到高亮度、高效率的LED。

一般LED都以平面结构生长在有光吸收(Absorbing)功能的衬底上,上面以环氧树脂圆顶形(Epoxy Dome)封装,这种结构的光取出效率非常低,仅为4%左右,而质量好的双异质结构的内部量子效率可高达99%,所以只有一小部分的光被放出,主要原因有:一是电流分布不当以及光被材料本身所吸收;二是光不易从高折射率(Refractive Index)的半导体传至低折射率的外围空气(n=1)。

LED的发光是由pn结中的活性层产生,其外部量子效率是内部量子效率乘以光取出效率Cex,而Cex则有三种不同的光损失机制,由于材料本身的吸收而产生损失ηA、菲涅耳(Fresnel)损失ηFr及全反射角(Critical Angle)损失ηc r,所以

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要减少因材料本身的吸收以及电流分布不当而产生的损失,应该①要有厚的窗口层(Window Layer )或电流分布层使电流能均匀分布并增大表面透过率;②用电流局限(Current Blocking)技术使电流不在电接触区域下通过;③用透明、不吸收光材料作衬底(Substrate)或者在活性层下设置反射镜将反射至表面。

当光从折射率为n1的某一物质到折射率为n2的另一物质时,一部分的光会被反射回去,这种损失称作菲涅耳损失。一般反射系数R为

而透射系数(Transmission Coefficient)T为

将此式除以n1n2,那么菲涅耳损失系数ηFr为

如果光由半导体(n1=3.4)射至空气(n2=1),那么ηFr=0.702,也就是70.2%的光可以透射半导体与空气的界面。假如半导体表面可以涂上一层材料,其折射率,那么ηFr=0.832,透射率增加了18.5%。假若用树脂材料(nx=1.5),则ηFr=0.816,也可以增加16.2%透射率。

全反射角损失是由于斯涅耳定律的关系

n1sinθ1=n2sinθ2

只有小于临界角(Critical Angle)θc内的光可以完成被射出,其他的光则被反射回内部或吸收,而此临界角是

如果n1=3.4,n2=1,则θc=17稳压二极管相关文章:稳压二极管的作用

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