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白光LED的聚光系统

发布时间:2020-07-21 18:23:52 阅读: 来源:水泥厂家

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。

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