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发光二极管/有机发光二极管由于具有许多优点和广阔的应用前景而为人们所重视,但是由于半导体和外界界面处发生的全反射导致了低外量子效率,限制了它们进一步的发展和应用。通过引入光子晶体来提高发光二极管/有机发光二极管的光抽取效率是近年研究的热点之一。我们发展了一套行之有效的时域有限差分法模拟发光二极管/有机发光二极管光抽取效率的方法,详细调查了各种结构的光子晶体对发光二极管/有机发光二极管光抽取效率的影响,找出最优化的光子晶体参数,得出了最大的增强因子,并且探讨了其中的物理机制,给出了比较合理的解释。
本论文首先简要介绍了有关发光二极管/有机发光二极管和光子晶体的基本知识。
其次结合发光二极管/有机发光二极管的具体数值模型构建介绍了时域有限差分法的相关情况,包括差分方程、边界条件、光源设置、金属散射模型以及近远场转换等。
然后利用所发展的方法,针对四方排列和三角排列的光子晶体,计算了圆柱孔光子晶体平板有机发光二极管和圆台孔光子晶体平板有机发光二极管相对于普通平板有机发光二极管的光抽取效率增强因子,得到最大为1.9倍的光抽取效率增强因子。同时对其它一系列的结果也做了解释。
另外,针对三角排列的圆柱孔光子晶体发光二极管,调查了光子晶体参数的改变对增强因子的影响,以及两种类型缺陷的引入对发光二极管远场辐射特性和光抽取效率的作用;还分析了光子晶体结构从未包含光源到完全包含光源的过程中发光二极管光抽取效率的变化,指出了光子晶体作用的两种不同作用形式--“抽取”和“反射”。同时从能带理论和光栅散射理论给予了一定的解释。
最后指出了进一步的可能的研究点。