白光LED的聚光系統(tǒng)

白光LED的聚光系統(tǒng)－Micro Lens

一、設(shè)計(jì)目的（Design Objective）
隨著發(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(yù)測白光LED于2005年會(huì)達(dá)到70lm/W以上?，F(xiàn)今白光LED早已超過白幟燈泡的效率。因LED壽命長、體積小、易封裝的優(yōu)點(diǎn)，未來期待可以應(yīng)用于照明領(lǐng)域而取代傳統(tǒng)燈源。而要達(dá)到高亮度就必須從LED制程著手，進(jìn)而注意如何封裝以達(dá)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(shè)計(jì)高亮度發(fā)光二極管專用Lens以提高發(fā)光效率，并以實(shí)際模擬的方式來證明；LED
外部量子效率本身是由內(nèi)部量子效率與光學(xué)效率（Optical Efficiency）所決定。

二、透鏡設(shè)計(jì)理論（Lens Design Theory）
LED Lens的聚光最基本的原理為曲率設(shè)計(jì)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、凹凸透鏡兩種來做為提升外部量子效率的透鏡系統(tǒng)。所以Lens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(shè)計(jì)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(shù)和穿透系數(shù)，因此，曲率的變化（指微小的改變）會(huì)使得光線就產(chǎn)生巨大的改變，進(jìn)而影響到發(fā)光強(qiáng)度；因此接下來就要開始來探討上述兩個(gè)公式，由此為基礎(chǔ)開始來設(shè)計(jì)一個(gè)適合的Lens。再除了上述的因素外，仍需考慮的一項(xiàng)重要問題就是Lens對(duì)光波的吸收率、穿透性等兩個(gè)重點(diǎn)。當(dāng)Lens有入射光時(shí)，在界面的地方會(huì)有部份光線被Lens反射回來，剩余光波就穿透到Lens內(nèi)部，而光波在Lens內(nèi)部到達(dá)另一面接口時(shí)又有部份光線被Lens反射回來，剩余光波就穿透到Lens到達(dá)外部，在Lens內(nèi)部被反射的光波及轉(zhuǎn)為熱能而成為光的損耗，稱之為吸收性。

圖八：薄膜層沉積厚度
由上述原理做為基礎(chǔ)與制程設(shè)備來開發(fā)磊芯片，
目前初期成果先預(yù)設(shè)在芯片所成長出來的磊芯片，經(jīng)
量測設(shè)備量測后，其波段可以再近紫外光波段即可，
在往后將著重于先前磊芯片結(jié)構(gòu)中Quantum Well Thin Film與透明電極層的改良，因?yàn)镼uantum 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(nèi)部量子效率的條件有下列：
○1 調(diào)整II-VI族材料調(diào)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。
而熒光體的開發(fā)則由上述原理作方式來制造R（紅）、G（綠）、B（藍(lán)）三種熒光體光體，利用C.I.E.色坐標(biāo)圖來混合、調(diào)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)的材料來制作而成。
最后白光LED制程末端的透鏡設(shè)計(jì)，先采用理論的計(jì)算與繪圖說明光經(jīng)過
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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、研究與探討。