gan-led出射光束整形和出光效率提高

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1、難代码：１０２８５学号：１３；２日Ｂ４２３卵＾１＾＾ｆｅｉ々火召１飞＊子背謂ＳＯＯＣＨＯＷＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＢＢｍｓｓＢｍ＾ｊ＾＂．．，ｉＭｉｉｉｉｔ．ＧａＮ－ＬＥＤ細光雜概帖光解ｊｊ高——：Ｂｅａｍ細ａｐｉｎｇａｎｄＬｉ幼ｔＥｘｔｒａｃｔｉｏｎＥｆｉｃｉｅｎｃｙＥｎｈａｎｃｅｍｅｎ－ｔｏｆＧａＮＬＥＤ—研究生姓名顾新宇指导教师姓名陈林森（研究员）？专业名称光学工程＾ｊ研究方向微纳器件的设计与制造￣￣所在院部麵与紳、能源学部草ｉ论文提交日期２０１６年

2、５月■－苏州大学学位论文独创性声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下本人郑重声明，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。论文作者签名：期：苏州大学学位论文使用授权声明本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定，即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸一质信论息文情报的内容相

3、致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献中也、中国科学技术信息研究所（含万方数据电子出版社）、文中国学术期刊（光盘版）电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子保存档和，汇允许论义被查阅和借阅，可Ｗ采用影印、缩印或其他复制手段据库进行检编学位论文，可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数索。涉本学位论文属密论文口在非涉密论文年＿＿＿＿＿月解密后适用本规定。论文作者签尚名：日期：导师签名：＿日期；对Ａ、〔．如GaN-LED出射光束整形和出光效率提高摘要GaN-LED出射光束整形和出光效率提高中文摘要与传统光源相比，发光二极管(LE

4、D)具有光电转换效率高、稳定性好、寿命长、无污染等诸多优点，成为新一代绿色照明光源。此外，其所具有的体积小和光谱窄的优点使其成为出色的信号、显示光源，如微投影系统、脉冲测距等。而上述应用对光源的体积、光效、准直性和均匀性等方面都有较高的要求，为此，常利用二次光学设计对光束进行整形，而该方法不仅会增加光学系统的体积，而且会削弱光照强度。为将LED光源能直接应用在此类系统中，需解决如下两个问题：提高LED的出光效率和控制LED发散角，使LED的出射光或准直，或均匀。在生活生产上，通常使用LED表面粗糙化等方法来增加光出射，在LED外添加折反射系统来调整光线的传播方向。然而，简单的表面粗

5、糙化虽然可以提高出光效率，但无法准确控制出射光束的发散角，而通过二次光学设计来控制发散角亦不能从根本上提高出光效率。因此，本文以GaN-LED为研究对象，提出利用亚微米级菲涅尔圆环结构实现LED均匀照明以及利用亚微米级光栅结构实现LED准直照明的方法。通过在P-GaN层上制作亚微米级菲涅尔圆环结构和光栅结构，采用时域有限差分法(FDTD)，分析了不同的P-GaN厚度、结构深度、光源波长和光栅周期下出光效率和发散角的变化。模拟结果表明，在均匀性方面，当光源波长为465nm时，P-GaN层厚度为6.6μm，采用结构深度为0.18μm的菲涅尔圆环结构后，光强为原来的3.1倍。光强降为峰值

6、的1/e时，发散角为70°，且在50°发散角内，光强比较均匀。若将波长范围变换为420nm-495nm，光强分布情况基本不变，总光强略有减小，减小为2.3倍。在准直性方面，当光栅周期为400nm、P-GaN层厚度为3.3μm、结构深度为0.1μm时，模拟结果表明，与没有结构时的模拟结果相比较，发现出射光的远场光强分布改变了，约有50%的出射光集中在了14°发散角的范围内，总出射光强度基I摘要GaN-LED出射光束整形和出光效率提高本没有变化。在亚微米菲涅尔圆环和光栅的制备过程中，利用了激光直写和干涉曝光技术，能够快速地得到所需的结构。在电镜下观察制备效果是发现，菲涅尔圆环之间仍有粘

7、连，中心部分也有少许残留，制备效果还有待提高。而光栅条纹匀直，且能够很好的吻合模拟中所需结构的尺寸要求。关键词：发光二级光(LED)；出光效率；发散角；菲涅尔圆环；光栅作者：顾新宇指导老师：陈林森IIBeamShapingandLightExtractionEfficiencyEnhancementofGaN-LEDAbstractBeamShapingandLightExtractionEfficiencyEnhancementofGaN-LEDABSTRACTCo