白光LED的聚光系统－Micro Lens

白光LED的聚光系统－Micro Lens

一、设计目的（Design Objective）
随着发光二极管的发展，发光效率也比往年大幅的提高，GELcore预测白光LED于2005年会达到70lm/W以上。现今白光LED早已超过白帜灯泡的效率。因LED寿命长、体积小、易封装的优点，未来期待可以应用于照明领域而取代传统灯源。而要达到高亮度就必须从LED制程着手，进而注意如何封装以达到最佳的发光效率，免得再未提升发光效率反而使得发光效率变差。因此要设计高亮度发光二极管专用Lens以提高发光效率，并以实际模拟的方式来证明；LED
外部量子效率本身是由内部量子效率与光学效率（Optical Efficiency）所决定。

二、透镜设计理论（Lens Design Theory）
LED Lens的聚光最基本的原理为曲率设计的技巧，我们知道LED的光源为一点光源，要如何将一点光源变成一束聚合的光源，这就需要仰赖Lens的聚光特性。在LED Lens Design上，通常都是利用平凸透镜、凹凸透镜两种来做为提升外部量子效率的透镜系统。所以Lens能否提供最佳的量子效率完全取决于透镜的曲率弧度，因此曲率弧度设计时的优、劣会影响到光的行进改变与光的反射系数和穿透系数，因此，曲率的变化（指微小的改变）会使得光线就产生巨大的改变，进而影响到发光强度；因此接下来就要开始来探讨上述两个公式，由此为基础开始来设计一个适合的Lens。再除了上述的因素外，仍需考虑的一项重要问题就是Lens对光波的吸收率、穿透性等两个重点。当Lens有入射光时，在界面的地方会有部份光线被Lens反射回来，剩余光波就穿透到Lens内部，而光波在Lens内部到达另一面接口时又有部份光线被Lens反射回来，剩余光波就穿透到Lens到达外部，在Lens内部被反射的光波及转为热能而成为光的损耗，称之为吸收性。

图八：薄膜层沉积厚度
由上述原理做为基础与制程设备来开发磊芯片，
目前初期成果先预设在芯片所成长出来的磊芯片，经
量测设备量测后，其波段可以再近紫外光波段即可，
在往后将着重于先前磊芯片结构中Quantum Well Thin Film与透明电极层的改良，因为Quantum Well的膜厚度得不同会使之产生有不同的Quantum efficiency产生，改善内部量子效率的条件有下列：
○1 调整II-VI族材料调配比例。
○2 改善制程时薄膜层沉积厚度（图八）。
○3 找寻降低II-VI族材料高能隙的替代材料。
而荧光体的开发则由上述原理作方式来制造R（红）、G（绿）、B（蓝）三种荧光体光体，利用C.I.E.色坐标图来混合、调制出白光用荧光体，而R、G、B三色荧光体材料是分别由II-VI族材料中Doping其它不同价的材料来制作而成。
最后白光LED制程末端的透镜设计，先采用理论的计算与绘图说明光经过
Lenses的行进方向与穿透率、吸收率及反射率的状况，而在此处的设计初步可以得知有两种Lenses可以作为改善外部量子效率的方法，往后会逐步的将两种Lenses做更深入的设计、研究与探讨。

白光发光二极管设计制造