白光LED的聚光系統－Micro Lens

一、設計目的（Design Objective）
隨著發光二極管的發展，發光效率也比往年大幅的提高，GELcore預測白光LED于2005年會達到70lm/W以上。現今白光LED早已超過白幟燈泡的效率。因LED壽命長、體積小、易封裝的優點，未來期待可以應用于照明領域而取代傳統燈源。而要達到高亮度就必須從LED制程著手，進而注意如何封裝以達到最佳的發光效率，免得再未提升發光效率反而使得發光效率變差。因此要設計高亮度發光二極管專用Lens以提高發光效率，并以實際模擬的方式來證明；LED
外部量子效率本身是由內部量子效率與光學效率（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的光源為一點光源，要如何將一點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。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，因此曲率弧度設計時的優、劣會影響到光的行進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）會使得光線就產生巨大的改變，進而影響到發光強度；因此接下來就要開始來探討上述兩個公式，由此為基礎開始來設計一個適合的Lens。再除了上述的因素外，仍需考慮的一項重要問題就是Lens對光波的吸收率、穿透性等兩個重點。當Lens有入射光時，在界面的地方會有部份光線被Lens反射回來，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又有部份光線被Lens反射回來，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開發磊芯片，
目前初期成果先預設在芯片所成長出來的磊芯片，經
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的膜厚度得不同會使之產生有不同的Quantum efficiency產生，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。
而熒光體的開發則由上述原理作方式來制造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其它不同價的材料來制作而成。
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明光經過
Lenses的行進方向與穿透率、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，往后會逐步的將兩種Lenses做更深入的設計、研究與探討。

白光發光二極管設計制造