МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СВЕТОДИОДОВ
В современных светодиодах почти половина генерируемого излучения не выходит наружу. Причина: внутреннее отражение на границе раздела - между полупроводником и линзой и различие их температурных коэффициентов расширения. Многие годы исследователи для увеличения вывода света использовали различные технологии, но существенного эффекта не было, однако стоимость светодиодов возрастала. Еще никому не удавалось достичь 100% вывода излучения из светодиода наружу. При этом использовались разные методы, в том числе изготовление линз из того же дорогостоящего полупроводника светодиода, но он был очень затратным.
Нам первыми в мире удалось разработать конструкцию и технологию изготовления соединительного слоя, который обеспечивает:
- эффективное пропускание через оптическое излучение из полупроводника в оптический элемент;
- компенсацию различия температурных коэффициентов расширения полупроводника светодиода и оптического элемента;
- увеличение вывода излучения инфракрасных светодиодов на 30-40% (и это не предельный результат) без сокращения их срока службы и без дополнительных энергозатрат
На рисунке 1 приведена упрощенная конструкция светодиода с согласующим слоем, расположенным между полупроводником светодиода и линзой.
Рисунок 1
Пояснения прохождения света через слой с нарушенным полным внутренним отражением
- Расчет по корпускулярной теории хода лучей через 2-х слойную систему из 1-го слоя с показателем преломления n1 в слой с меньшим показателем преломления n2 , при угле падения больше критического. На рисунке показано, что по корпускулярной теории световое излучение в слой c n2 не заходит.
- Более точный расчет, на основе волновой теории распространения электромагнитных волн (включая электромагнитные колебания оптического диапазона- света). На рисунке показано, что на основе волновой теории световое излучение заходит в слой с уменьшенным показателем преломления n2.
- Дополнительно на рисунке приводим результаты математического моделирования процесса полного внутреннего отражения, сопровождающегося выходом за границу раздела сред . [М.В. Сентябова. Википедия, Моделирование Эффекта Гуса Хенкена.]
Поэтому, на основе волнового характера распространения света, становится возможным его прохождение через 3-х слойную систему с более низким показателем преломления в среднем слое. Ход лучей в таких слоях приведен на рисунке. Данный эффект прохождения также называется туннельным эффектом. Эффект применяется в интегральной оптике. Использование туннельного эффекта в согласующем слое позволяет преодолеть ранее существующие запреты на использование различных материалов и изготовить светодиоды с повышенной эффективностью вывода излучения.