白光LED的聚光系統

白光LED的聚光系統－Micro Lens

一、設計目的（Design Objective）
隨著(zhù)發(fā)光二極管的發(fā)展，發(fā)光效率也比往年大幅的提高，GELcore預測白光LED于2005年會(huì )達到70lm/W以上?，F今白光LED早已超過(guò)白幟燈泡的效率。因LED壽命長(cháng)、體積小、易封裝的優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)期待可以應用于照明領(lǐng)域而取代傳統燈源。而要達到高亮度就必須從LED制程著(zhù)手，進(jìn)而注意如何封裝以達到最佳的發(fā)光效率，免得再未提升發(fā)光效率反而使得發(fā)光效率變差。因此要設計高亮度發(fā)光二極管專(zhuān)用Lens以提高發(fā)光效率，并以實(shí)際模擬的方式來(lái)證明；LED
外部量子效率本身是由內部量子效率與光學(xué)效率（Optical Efficiency）所決定。

二、透鏡設計理論（Lens Design Theory）
LED Lens的聚光最基本的原理為曲率設計的技巧，我們知道LED的光源為一點(diǎn)光源，要如何將一點(diǎn)光源變成一束聚合的光源，這就需要仰賴(lài)Lens的聚光特性。在LED Lens Design上，通常都是利用平凸透鏡、凹凸透鏡兩種來(lái)做為提升外部量子效率的透鏡系統。所以L(fǎng)ens能否提供最佳的量子效率完全取決于透鏡的曲率弧度，因此曲率弧度設計時(shí)的優(yōu)、劣會(huì )影響到光的行進(jìn)改變與光的反射系數和穿透系數，因此，曲率的變化（指微小的改變）會(huì )使得光線(xiàn)就產(chǎn)生巨大的改變，進(jìn)而影響到發(fā)光強度；因此接下來(lái)就要開(kāi)始來(lái)探討上述兩個(gè)公式，由此為基礎開(kāi)始來(lái)設計一個(gè)適合的Lens。再除了上述的因素外，仍需考慮的一項重要問(wèn)題就是Lens對光波的吸收率、穿透性等兩個(gè)重點(diǎn)。當Lens有入射光時(shí)，在界面的地方會(huì )有部份光線(xiàn)被Lens反射回來(lái)，剩余光波就穿透到Lens內部，而光波在Lens內部到達另一面接口時(shí)又有部份光線(xiàn)被Lens反射回來(lái)，剩余光波就穿透到Lens到達外部，在Lens內部被反射的光波及轉為熱能而成為光的損耗，稱(chēng)之為吸收性。

圖八：薄膜層沉積厚度
由上述原理做為基礎與制程設備來(lái)開(kāi)發(fā)磊芯片，
目前初期成果先預設在芯片所成長(cháng)出來(lái)的磊芯片，經(jīng)
量測設備量測后，其波段可以再近紫外光波段即可，
在往后將著(zhù)重于先前磊芯片結構中Quantum Well Thin Film與透明電極層的改良，因為Quantum Well的膜厚度得不同會(huì )使之產(chǎn)生有不同的Quantum efficiency產(chǎn)生，改善內部量子效率的條件有下列：
○1 調整II-VI族材料調配比例。
○2 改善制程時(shí)薄膜層沉積厚度（圖八）。
○3 找尋降低II-VI族材料高能隙的替代材料。
而熒光體的開(kāi)發(fā)則由上述原理作方式來(lái)制造R（紅）、G（綠）、B（藍）三種熒光體光體，利用C.I.E.色坐標圖來(lái)混合、調制出白光用熒光體，而R、G、B三色熒光體材料是分別由II-VI族材料中Doping其它不同價(jià)的材料來(lái)制作而成。
最后白光LED制程末端的透鏡設計，先采用理論的計算與繪圖說(shuō)明光經(jīng)過(guò)
Lenses的行進(jìn)方向與穿透率、吸收率及反射率的狀況，而在此處的設計初步可以得知有兩種Lenses可以作為改善外部量子效率的方法，往后會(huì )逐步的將兩種Lenses做更深入的設計、研究與探討。