Chapter 4 WB-ACLED 製程之量測與實驗結果
4.3 WB-ACLED 之發光強度分佈量測與分析
第三節主要是將設計的三組 WB-ACLED 做 Beam View 量測,量測其發 光強度分佈,以該數據去分析電流分佈的情形。
固定半波整流微晶粒 LED 顆數為 5 顆
圖 4.3.1~5 為 WB-ACLED 皆為固定晶片總面積為 1.24mm2且面積 比值為 1,在固定半波整流微晶粒 LED(SLN)為 5 的條件下,全波整流 微晶粒 LED 顆數(CLN)由 5 每顆晶片遞增 5 顆直到 25 顆的 Beam View 之光輸出功率分佈圖,由圖中可知道隨著顆數的增加其光輸出功率的確 也較強,均勻性也較佳。
圖 4.3.1 SLN:CLN = 5:5 圖 4.3.2 SLN:CLN = 5:10
圖 4.3.3 SLN:CLN = 5:15 圖 4.3.4 SLN:CLN = 5:20
圖 4.3.5 SLN:CLN = 5:25
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固定 WB-ACLED 總顆數為 45 顆微晶粒 LED
圖 4.3.6~9 為 WB-ACLED 之 Beam View 圖,晶片條件為固定晶片 總面積為 1.24mm2、面積比值為 1、微晶粒 LED 總顆數為 45 下,分別 有四種 WB-ACLED 晶片為別為 SLN=6、CLN=21,SLN=7、CLN=17,
SLN=8、CLN=13,SLN=9、CLN=9。這四種 WB-ACLED 在光輸出功 率上只些微的差距,因此電流分佈均勻度平分秋色。
圖 4.3.6 SLN:CLN = 6:21 圖 4.3.7 SLN:CLN = 7:17
圖 4.3.8 SLN:CLN = 8:13 圖 4.3.9 SLN:CLN = 9:9
固定 WB-ACLED 總顆數為 65
圖 4.3.10~12 為 WB-ACLED 之 Beam View 圖,條件為固定晶片總 面積為 1.24mm2、微晶粒 LED 總顆數為 65 顆(SLN=10、CLN=25),面 積比值為 1、2、5。在電流分佈上圖 4.3.10 最均勻,隨著面積比值愈大 半波整流微晶粒 LED 的面積愈小而電流密度愈大,全波整流微晶粒 LED 的面積愈大而電流密度愈小,因此造成電流分佈愈不平均。
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圖 4.3.10 SLN:CLN = 10:25、r =1 圖 4.3.11 SLN:CLN = 10:25、r =2
圖 4.3.12 SLN:CLN = 10:25、r =5
固定 WB-ACLED 總顆數為 67
圖 4.3.13~14 為 WB-ACLED 之 Beam View 圖,條件為固定晶片總 面積為 1.24mm2、微晶粒 LED 總顆數為 67 顆(SLN=10、CLN=25),面 積比值為 2 與 5。圖 4.2.8 為固定總顆數為 67 顆(SLN=10、CLN=25),
面積比值為 2 與 5。
圖 4.3.13 SLN:CLN = 10:27、r =2 圖 4.3.14 SLN:CLN = 10:27、r =5
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第五章 總結
目前台灣業界 ACLED 的發光效率已可達到 86~93 lm/W(2010 第一季),已超 越了白熾燈泡和省電燈泡的 60 lm/W,因此在亮度上已可取代現有的傳統燈泡與 鹵素燈。
本論文研究橋式型 WB-ACLED 的最佳化設計,透過 SPICE 電路模擬軟體成 功的建立了不同面積條件下 WB-ACLED 操作於交流時的電性特性,並且透過設 計與量測不同面積的微晶粒 LED 建立了光性資料庫,將光性資料寫入 Matlab 透 過數學式計算不同面積下的電流密度之單位面積光輸出功率,成功的模擬出 WB-ACLED 操作於交流下時的平均光輸出功率。
在固定 WB-ACLED 總面積為 1.24mm2、輸入功率為 1W 和面積比值為 1 之 條件下,發現了當半波整流微晶粒 LED 顆數(SLN)為 5、全波整流微晶粒 LED 顆數(CLN)為 25 的 WB-ACLED,較 SLN 為 5、CLN 為 5 的光輸出功率提高了 60%。而在模擬情形下,WB-ACLED 最大的光輸出功率發生在 SLN 為 5~8、CLN 為 25~27 的區域。
在固定 WB-ACLED 總面積為 1.24mm2、輸入功率為 1W、總微晶粒 LED 顆 數為 45 和面積比值為 1 之條件下,發現 SLN 為 6、CLN 為 21 的光輸出功率,
較 SLN 為 9、CLN 為 9 的光輸出功率提高了 8%。證實了增加 CLN 較 SLN 來的 更能提高光輸出功率。
在固定 WB-ACLED 總面積為 1.24mm2、輸入功率為 1W、總微晶粒 LED 顆 數為 65,其中 SLN 為 25、CLN 為 10,於模擬情形下,發現 WB-ACLED 的面 積比值從 1 改變到 25 時,面積比值為 2 時有最高的光輸出功率表現,並且這此 結果與實驗互相符合,當面積比值為 2 時的 WB-ACLED 之光輸出功率,較面積 比值為 1 的 WB-ACLED 之光輸出功率提高了 9%。
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Reference
[1] S. Nakamura M. Senoh, and T. Mukai, “High-Power InGaN/GaN
double-heterostructure violet light emitting diodes”, Appl. Phys. Lett 62, 2390 (1993).
[2] J. I. Pankove, and T. D. Moustakas, “Gallium Nitride (GaN) I-Semiconductors and Semimetals Voume 50”, Academic Press, San Diego, California, USA (1998).
[3] S. Nakamura and G. Fasol, The Blue Laser Diode (Springer, New York, 1997).
[4] E. F. Schubert, Light-Emitting Diodes 2nd ed. (Cambridge University Press, New York, 2006).
[5] S. Nakamura, M. Senoh, N. Iwasa, and S. Nagahama, “High-power InGaN
single-quantum-well-structure blue and violet light-emitting diodes”, Appl. Phys.
Lett. 67, 1868 (1995).
[6] S. Nakamura, T. Mukai, M. Senoh, and N. Iwasa, “Thermal annealing effects on p-type Mg-doped GaN films,” Jpn. J. Appl. Phys. 31, L139 (1992).
[7] J. Piprek, “Nitride Semiconductor Devices”, WILEY-VCH verlag GmbH & Co. KgaA, Weinheim (2007).
[8] G.B. Stringfellow, and M. G. Craford, “high Brightness Light Emitting Diodes:
Semiconductors and Semimetal Volume 48”, Academic Press, San Diego, California, USA (1997).
[9] G. O. Mueller and R. Mueller-Mach, “Set The Pace in White Space-White LEDs for illumination and Backlighting”, Proceedings of Intertech Phosphor Global Summit,
San Diago, (2005).
[10] S. Nakamura, “InGaN multiquantum-well-structure laser diodes with GaN-AlGaN modulation-doped strain-layer”, IEEE J. Sel. Top. Quantum. Electron. 4, 483
(1998).
60
[11] S. Nakamura, T. Mukai, and M. Senoh, “high-brightness InGaN/AlGaN
double-heterostructure blue-green-light-emitting diodes”, J. Appl. Phys. 76, 8189 (1994).
[12] M. Kurata, “Nmerical Analysis for Semiconductor Devices”, D. C. Health &
Company, Lexington Massachusetts (1982).
[13] J. P. Ao, H. Sato, T. Mizobuchi, K. Marioka, S. Kawano, Y. Muramoto, Y. B. Lee, D.
Sato, Y. Ohno, and S. Sakai, phys. Stat. sol. (a) 194, 376 (2002).
[14] J. Cho, J. Jung, J. H. Chae, H. Kim, H. Kim, J. W. Lee, S. Yoon, C. Sone, T. Jang, Y.
Park, and E. Yoon, Jpn. J. Appl. Phys. 46, L1194 (2007).
[15] G. A. Onushkim, Y. J. Lee, J. J. Yang, H. K. Kim, J. K. Son, G. H. Park, and Y. Park, IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 21, no. 1, pp.33-35 (2009).
[16] H. H. Yen, H. C. Kuo, and W. Y. Yeh, Jpn. J. Appl. Phys. 47, pp.8808-8810 (2008).
[17] H. H. Yen, W. Y. Yeh, and H. C. kuo, phys. Stat. sol. (a) 204, 2077 (2007).
[18] http://college.itri.org.tw/Topiclearn.aspx?id=132 [19] 台達電子 AC & HV LED 晶粒製作技術簡介
[20] SPICE 2 User’s Guide, University of California Berkeley, Electronics Research Labs, Berkeley, CA.
[21] P. Antognetti and G. Massobrio, Semiconductor Device Modeling With SPICE, MCGraw-Hill Book Co., Inc., New York, NY, 1988.
[22] V. A. Dmitriev, MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 1, 29 (1996).
[23] H. C. Casey, Jr., J. Muth, S. Krishnankutty, and J. M. Zavada, Appl. Phys. Lett. 68, 2867 (1996).
[24] P. Perlin, M. Osinski, P. G. Eliseev, V. A. Smagley, J. Mu, M. Banas, and P. Sartori, Appl. Phys. Lett. 69, 1680 (1996).
[25] A. Chitnis, A. Kumar, M. Shatalov, V. Adivarahan, A. Lunev, J. W. Yang, G. Simin, M. Asif Khan, R. Gaska, and M. Shur, Appl. Phys. Lett. 77, 3800 (2000).
[26] C. Sah, R. N. Noyce, and W. Shockley, Proc. IRE 45, 1228 (1957).
[27] L. Esaki, Phys. Rev 109, 603 (1958).
[28] http://en.wikipedia.org/wiki/Kirchhoff's_circuit_laws
[29] http://www.energystar.gov/index.cfm?c=new_specs.ssl_luminaires