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RSoft-3D结构LED仿真 FullWAVE、LED Utility


在照明之应用领域中使用LED已是司空见惯的现况,包含指示灯、手机显示器、平板计算机及电视。因LED提供高效率、低能耗、高可靠度、高显色性及体积小等对上述应用之重要条件。


由于LED的非相干性,使得数值模拟无法有效地被应用。因为多数的传统模拟技术是以直接或推导解麦克斯韦方程式为基础,因此无法有效地处理非同调光。此外,因LED具界面多重、材料新颖、结构特殊、表面粗糙、色散及利用格栅增强效率等条件,使得其光学设计更加地复杂。


此文介绍参考文献1中如图1所示之3D GaN-based结构之LED仿真,此LED于上方蚀刻六角排列之光子晶体(Photonic crystal, PhC)。


图1:图案式LED结构。图—a)截面、b)光子晶体(PhC)及c)RSoft CAD中建立之结构。

图1c所示之结构由光子晶体对象所组成,而光子晶体利用动态缩放数组、PEC边界及内建材料数据库之GaN材料特性所建立。

在前两组模拟中使用单波长之连续波(CW),分别设定具光子晶体及无光子晶体(平面),远场之模拟结果如图2所示。


图2:远场计算之结果—a)光子晶体范例及b)平面范例。


接着进行的两组模拟则使用具一波长范围之脉波,远场结果如图3所示,光萃取率则如图4所示。


图3:脉波模拟之结合远场图—a)光子晶体范例及b)平面范例。


图4:光子晶体与平面范例脉波仿真之光萃取率对,a)频率及b)波长之关系。


也可单独检视各频率之远场分布,如图5所示。


图5:脉波仿真三种不同频率之远场分布图,左侧为具光子晶体范例而右侧为平面范例

结论

由上述结果可知,藉由RSoft之FullWAVE及LED Utility,可准确计算一般数值模拟无法处理之LED模拟,并可得到具3D光子晶体结构及无光子晶体结构的条件下,对于不同脉波频率之远场分布及光萃取率等LED设计之主要目标,可有效的协助LED之光学设计。


参考文献

[1] Ch. Wiesmann, K. Bergenek, N. Linder, and U. T. Schwarz, Analysis of the emission characteristics of photonic crystal LEDs, Proc. SPIE 6989, Light Emission I, 69890L (2008).


 关于 Synopsys OSG
Synopsys 公司为全球知名IP半导体设计、验证与制造大厂,于2010年10月并购Optical Research Associates公司之后正式跨足光学设计领域,成立光学解决方案部继续光学产品CODE V / LightTools以及RSoft的开发作业。
 
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