中央大學光電科學研究所學位論文
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本論文中，利用紅綠混粉半球封裝實驗，找出紅粉與綠粉比例與演色性在色度座標上的分佈，針對此紅粉與綠粉比例建立雙粉分層之螢光粉光學模型。我們利用米氏散射與蒙地卡羅光追跡法描述光在螢光膠體中傳遞的行為，接著配合實驗引入吸收係數與轉換係數來模擬白光LED中的藍、綠及紅光能量比。其中，由於螢光粉對不同波長激發光的吸收能力皆不相同，故引入β參數校正藍光頻譜經螢光膠體的形變。此外，除藍光頻譜外，藉由紅粉與綠粉之輻射頻譜與吸收頻譜的分析，探討雙粉封裝中再吸收的效應，改善綠光頻譜因再吸收效應而造成的形變。最後，經由實驗與模擬的驗證與分析，成功的建立出雙粉分層之螢光粉模型。此模型可用來預測不同封裝形式之白光LED的色彩表現。
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在本論文中，為了探討不同波長之激發光搭配YAG 螢光粉封裝成白光LED 的光學特性，因此建立了不同激發光YAG 螢光粉光學模型，而我們利用蒙地卡羅 (Monte-Carlo) 光追跡法結合米氏散射(Mie Scatter) 原理來模擬光線在YAG 螢光粉內的散射行為，並藉由二次光追跡來得到吸收係數和轉換效率。由於藍光經過YAG螢光粉後會發生形變，所以引入β參數結合螢光粉吸收頻譜來修正藍光頻譜形變的情形，並利用線性疊加的方式還原其頻譜，最後藉由實際半球封裝白光LED來驗證光學模型的準確性。
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在本論文中，我們使用TracePro光學模擬軟體其中的蒙地卡羅追跡法建立出LED之光學模型，探討在不同的基板下，切削角度對於GaN LED之光萃取效率的影響。結果顯示SiC封膠後，60度的切削角度光萃取效率可高達52.54%。另外，進一步利用表面結構之薄型氮化鎵Thin GaN，分析當表面微結構陣列之圓錐的角度改變時，其對於晶片之指向性和光萃取效率的提升幅度，結果指出封膠後圓錐微結構半角為65度時，光萃取效率可達81.16%。
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本論文提出一組微型投影機，其架構利用L型光路結合成像以及非成像系統，而光源及光閥使用色序式的操作，光源使用一組RGBG陣列之發光二極體模組，光閥系統為反射式矽基液晶面板，使用上須搭配偏振分光器；非成像系統由準直鏡，微透鏡陣列積分器以及聚光鏡組成；準直鏡為兩片球面鏡片，為減少受光源的熱影響材料使用玻璃，微透鏡陣列積分器使用兩片相同的雙面同曲率塑膠鏡片，由於使用的偏振分光鏡有聚光鏡功能，便不須在非成像系統中製作聚光鏡，成像系統則使用市面上現有的鏡組。 由於越高收光數值孔徑的準直鏡的光學效率越高，因此設計出數值孔徑值為0.985(sin80°)的準直鏡；而做混光以及調製光型用的透鏡陣列積分器則要搭配偏振分光器上的聚光鏡做設計，最後透鏡陣列出光的數值孔徑便訂在0.574(sin35°)，而製程限制下單片透鏡陣列出光的數值孔徑無法滿足目標值，最後將其設計為一組雙片，而調製光型的部分每塊微透鏡大小設計為SVGA的4 : 3比例(1.225 mm× 0.919 mm)。 設計完成之非成像系統含外殼尺寸為13.1 mm× 11 mm× 11 mm，體積1.6 cc，加上成像系統總尺寸為34 mm× 31 mm× 11 mm，體積11.6 cc，而此系統在LED功耗為1 W時可得約4.0 lm/W的效率。
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在採用田口實驗計畫法前，本研究參數設計必須採用五個合適的設計參數，分別是鰭片的數目、鰭片的厚度、鰭片的高度、散熱鰭片基底厚度、表面輻射材質等5個可控制因子，每個因子分別有4個水準做參數設計，以降低LED路燈之最高溫度。 選用田口實驗計畫法中的Ｌ16(45) 直交表來設定各組參數值，並利用COMSOL Multiphysics模擬軟體實際模擬，將會取得16組模擬結果，再將模擬結果放入直交表中，利用直交表的設計和變異數的分析，找出實驗中主要效應因子為何，以及各個控制因子對回應值的關係，將1024次模擬簡化為16次，讓設計者在較短的時間內即可獲得較佳的設計參數。 初始設計之模擬可得狀況之最高溫度為48.817℃；利用田口實驗計畫之望小特性分析計算後，所得預測最佳設計參數利用COMSOL Multiphysics模擬，可得預測最佳設計參數狀況之最高溫度為37.321℃，鰭片最高溫度獲得明顯下降。本研究確實減少散熱鰭片的開發時間與設計成本，希望對LED路燈散熱設計有所幫助。
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本論文中，我們選用高功率白光LED為光源，設計一在俯角15˚時，投射出矩形光型的燈具，此燈具以兩組對稱擺放時，能夠在目標面上達到高均勻度。一般架設於球場四周的燈具，為了將光投射到更廣的範圍，會將燈具傾斜一角度，而造成原本矩形之光型會因旋轉而使光型變為一個梯形的形狀。在本論文研究中之一重大目的，是將此倒梯形之光型修正回原本之矩形光型以達成上述之照明效果，此外我們也由實驗驗證模擬之精準度。根據本研究中之設計結果，我們將多個燈具陣列式配置，探討在不同的場館照明下空間中的照度分布以及光學有效利用率，如：羽球場、排球場以及游泳池等，皆能在各個場地中達到高均勻度。最後，探討其燈具之公差。
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本論文中，我們將研究不同的白光LED 封裝型式其在空間上色彩均勻性的差異。我們將利用已建立之YAG 螢光粉模型，在相同色溫下分析各種封裝型式的空間色偏。 接著針對特定封裝形式，藉由改變其封裝體外型，在固定整體色溫下有效降低該封裝形式之空間色偏，亦即增加其空間上的色彩均勻性。 最後，再分析不同封裝形式在中場範圍內空間色偏的表現與定義其色彩之準遠場距離。
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將體積布拉格光柵用於雷射系統中，可以有效窄化雷射的輸出光譜，以及改善雷射輸出的空間模態M2，而體積布拉格光柵的角度選擇性與一般的共振腔反射鏡有極大的差別。本論文以數值模擬的方式，計算以體積布拉格光柵為共振腔反射鏡的雷射系統輸出橫模。並由數值模擬結果，預測以體積布拉格光柵為共振腔反射鏡的雷射系統將有機會輸出環形模態，並成功架設固態雷射系統，驗證環形模態的存在。 且由模擬結果發現，在以體積布拉格光柵為共振腔反射鏡的雷射系統中，若雷射波長小於體積布拉格光柵的繞射中心波長，系統將會發生不同於傳統的模態輸出。
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不同色溫的光源常常應用在不同地方，夜晚回家路上的路燈採用暖色系光源，鍋爐房、煉鋼車間採用冷色系光源加強涼爽感等等；而本次研究主要針對室內辦公閱讀環境，探討在不同色溫光源的照明下，對於人眼視覺舒適度、疲勞度是否有影響？利用團隊已建立之視覺舒適度測試環境與實驗流程，經由心理物理學實驗，比較傳統螢光燈在不同色溫與照度之不舒適眩光，以問卷方式獲得視覺舒適度之主觀評量，以閃光融合閾值量測作為視覺疲勞度的指標。 首先利用DIALux模擬已建構之實驗環境，再將色溫、燈具、座標參數代入軟體模擬，並使用模擬結果調整實驗環境的參數。接著統計正式實驗的數據匯入統計軟體SPSS中分析。 結果顯示，改變照度等級(500 lux、1000 lux)在人眼客觀疲勞值有達到顯著效果的影響，以500 lux照度表現較差；而改變色溫(2700K、4000K、6500K)在客觀疲勞表現或是主觀疲勞評估皆未達統計顯著水準。
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中文摘要 本研究以電子迴旋共振氣相沉積法(ECR-CVD)來討論磊晶矽薄膜沉積於矽基板之同質介面太陽能電池上的應用。ECR-CVD屬於高密度電漿源的薄膜沉積製程設備，主要運用當電子於磁場內受磁力影響做螺旋運動之迴轉角頻率和入射微波共振吸收微波能量撞擊製程氣體解離產生高密度電漿。相較於傳統的PECVD，ECR-CVD有沉積速度快、工作壓力低、較低離子轟擊效應、無電擊汙染…等優勢。 本研究將利用ECR-CVD於矽基板沉積高品質磊晶層，相較於傳統單晶矽太陽能電池須以高溫擴散製程或離子佈質方式製作摻雜層，本實驗將以化學氣象沉積方式於低溫(＜200℃)製備摻雜層[1]及製作背表面反向電場(BSF)，藉由調變混氣比例、製程溫度、微波功率、薄膜厚度以及前後段製程的改良，沉積20nm有效之p磊晶參雜層於矽基板，此單層結構在無抗反射層下，轉換效率可達8.679%。另外經由背表面電場設計，使薄膜微結構偏向非晶，藉由氫化非晶有較佳表面鈍化效果，成功降低長波光波長所貢獻之少數載子於背表面複合，提高開路電壓和短路電流。實驗結果在在加上抗反射層之平面結構下，可得到太陽能電池轉換效率為(η)=13.67%；開路電壓(Voc)=556.3mV；短路電流(Jsc)=37.18mA；填充因子(FF)=66.07%;而在金字塔結構下可得到太陽能電池轉換效率為(η)=17.69%；開路電壓(Voc)=563.5mV；短路電流(Jsc)=42.36mA；填充因子(FF)=74.12%