在照明之應(yīng)用領(lǐng)域中使用LED已是司空見(jiàn)慣的現(xiàn)況，包含指示燈、手機(jī)顯示器、平板計(jì)算機(jī)及電視。因LED提供高效率、低能耗、高可靠度、高顯色性及體積小等對(duì)上述應(yīng)用之重要條件。

由于LED的非相干性，使得數(shù)值模擬無(wú)法有效地被應(yīng)用。因?yàn)槎鄶?shù)的傳統(tǒng)模擬技術(shù)是以直接或推導(dǎo)解麥克斯韋方程式為基礎(chǔ)，因此無(wú)法有效地處理非同調(diào)光。此外，因LED具界面多重、材料新穎、結(jié)構(gòu)特殊、表面粗糙、色散及利用格柵增強(qiáng)效率等條件，使得其光學(xué)設(shè)計(jì)更加地復(fù)雜。

此文介紹參考文獻(xiàn)1中如圖1所示之3D GaN-based 結(jié)構(gòu)之LED仿真，此LED于上方蝕刻六角排列之光子晶體（Photonic crystal, PhC）。

 

圖1.圖案式LED結(jié)構(gòu)。圖—a)截面、b)光子晶體（PhC）及c)RSoft CAD中建立之結(jié)構(gòu)。

圖1c所示之結(jié)構(gòu)由光子晶體對(duì)象所組成，而光子晶體利用動(dòng)態(tài)縮放數(shù)組、PEC邊界及內(nèi)建材料數(shù)據(jù)庫(kù)之GaN材料特性所建立。

在前兩組模擬中使用單波長(zhǎng)之連續(xù)波（CW），分別設(shè)定具光子晶體及無(wú)光子晶體（平面），遠(yuǎn)場(chǎng)之模擬結(jié)果如圖2所示。

 

圖2.遠(yuǎn)場(chǎng)計(jì)算之結(jié)果—a)光子晶體范例及b)平面范例。

接著進(jìn)行的兩組模擬則使用具一波長(zhǎng)范圍之脈波，遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果如圖3所示，光萃取率則如圖4所示。

 

圖3.脈波模擬之結(jié)合遠(yuǎn)場(chǎng)圖—a)光子晶體范例及b)平面范例。

 

圖4.光子晶體與平面范例脈波仿真之光萃取率對(duì)，a)頻率及b)波長(zhǎng)之關(guān)系。