瓦级大功率InGaN蓝光LED的光色电特性

封装并测量了瓦级大功率InGaN蓝色发光二极管(LED)在不同正向电流I_F驱动下的光通量、电功率、发光效率、发射光谱和色品坐标等参数的变化。研究表明, 光通量与电功率随I_F的增大呈亚线性增加,而发光效率η则下降。当I_F从50 mA一直增大到450 mA左右时,发射光谱的峰值波长λ_p随I_F的增加发生蓝移,蓝移现象可能与InGaN蓝光LED芯片在较大电流时能带被拉平以及In成分的作用有关。当I_F大于500 mA或800 mA后,λ_p又发生红移,红移现象可能与大电流注入下InGaN蓝光LED芯片产生的热效应以及电子-空穴对辐射复合有关。此外,光谱的半峰全宽(FWHM)产生宽化现象,色坐标x和y值也发生变化。     

InP基InAs量子线异常的变温光致发光谱研究北大核心CSCD

制备了InAs/InAlGaAs/InP(001)量子线结构,利用变温光致发光谱(PL)研究了InAs量子线的光学特性.随温度增加InAs量子线PL谱的发光峰位呈异常的S型变化,即:在15K^35K时峰位红移;在35K^55K温度范围内峰位发生了蓝移;随后随温度进一步增加,峰位再次发生红移.分析认为这种S型峰位的变化可能是由于不同温度下载流子的不同复合机制所引起的.     

InP基InAs量子线异常的变温光致发光谱研究

制备了InAs/InAlGaAs/InP(001)量子线结构,利用变温光致发光谱(PL)研究了InAs量子线的光学特性.随温度增加InAs量子线PL谱的发光峰位呈异常的S型变化,即:在15K~35K时峰位红移;在35K~55K温度范围内峰位发生了蓝移;随后随温度进一步增加,峰位再次发生红移.分析认为这种S型峰位的变化可能是由于不同温度下载流子的不同复合机制所引起的.     

影响GaN基蓝光LED能带结构与光谱特性关系的仿真研究

本文采用Silvaco TCAD软件对GaN基InGaN/GaN量子阱蓝光发光二极管(LED)的光谱特性进行了仿真研究。研究结果表明:光谱会随着注入电压的增加而产生蓝移现象,并出现0.365μm处的紫外光发光峰;发光效率在正向电流较小时增长很快,随着正向电流进一步增加而逐渐趋于饱和;随着量子阱中In组分和量子阱阱层厚度的增加,发光光谱出现红移现象,并且发光效率下降。仿真结果对GaN基InGaN/GaN量子阱结构蓝光LED的设计和优化提供一定的依据。     

色散介质中啁啾高斯脉冲的时间和光谱特性

对啁啾高斯脉冲光束在色散介质中的时间和光谱特性作了研究.给出了远场光谱蓝移和脉冲展宽的解析式.结果表明：通过选择适当的啁啾参量,啁啾高斯脉冲光束沿轴上传输色散长度时,脉冲可恢复到初始值.随啁啾参量增加,谱线宽度展宽,轴上光谱蓝移增加,在远场蓝移趋于一渐近值.随啁啾参量增加,离轴光谱红移增加.     

激光等离子体光丝中太赫兹频谱的调控

研究了双色激光场激发空气成丝产生太赫兹辐射频谱的变化规律.实验观察到随驱动光功率和光丝长度增加,太赫兹光谱主要发生红移的现象.分析表明,由于等离子体密度的增加,太赫兹辐射的趋肤深度减小,等离子体吸收主导了红移的发生.在光丝足够短的条件下,趋肤深度远大于光丝长度,从而产生等离子体振荡主导的太赫兹辐射光谱蓝移.本研究为超快宽带太赫兹辐射的频谱调控提供了新思路.     

多周期激光相位对H2+谐波频移的影响

理论研究了多周期激光相位角对H2+谐波频移的影响。结果表明,在多周期激光驱动下H2+谐波光谱在零相位时呈现蓝移现象。随着激光相位增大,谐波光谱由蓝移转向红移。随着激光相位进一步增大,谐波红移减弱。理论分析表明谐波频移是由激光上升和下降区域谐波辐射强度变化引起的。并且谐波辐射强度变化对激光相位比较敏感。     

注入电流对绿光高压LED光电特性的影响

设计并制备了12 V 的GaN基绿光高压发光二极管（LED）,并对其进行了变电流测试。研究了绿光高压LED的正向电压、峰值波长、光功率以及光效等重要参数随注入电流的变化关系,电流变化范围为3~50 mA,测试温度为25 ℃。实验结果表明：电流对绿光高压LED的光电特性有很大影响。在驱动电流为20 mA时,对应电压为14 V。随着注入电流的增大,峰值波长蓝移了2 nm。随着电流的增大,光功率近似于线性增加。在注入电流从3 mA增大到20 mA的过程中,光效降低了约61%;在注入电流从20 mA增大到50 mA的过程中,光效降低了约39%。这说明高压LED在大电流驱动时,光效降低的幅度比较缓慢。上述结果对 GaN基绿光高压 LED 的改进优化具有一定的参考价值。     

注入电流对绿光高压LED光电特性的影响

设计并制备了12 V的GaN基绿光高压发光二极管(LED),并对其进行了变电流测试。研究了绿光高压LED的正向电压、峰值波长、光功率以及光效等重要参数随注入电流的变化关系,电流变化范围为3~50mA,测试温度为25℃。实验结果表明:电流对绿光高压LED的光电特性有很大影响。在驱动电流为20 mA时,对应电压为14 V。随着注入电流的增大,峰值波长蓝移了2 nm。随着电流的增大,光功率近似于线性增加。在注入电流从3 mA增大到20 mA的过程中,光效降低了约61%;在注入电流从20 mA增大到50 mA的过程中,光效降低了约39%。这说明高压LED在大电流驱动时,光效降低的幅度比较缓慢。上述结果对GaN基绿光高压LED的改进优化具有一定的参考价值。     

InGaN/GaN多量子阱热退火的拉曼光谱和荧光光谱

通过拉曼光谱及荧光光谱测量研究了采用低压金属有机化学沉积(MOCVD)方法生长的InGaN／GaN多量子阱高温快速热退火处理对量子阱光学性质的影响。观测到退火后InGaN／GaN量子阱的拉曼光谱E2,A1(LO)模式的峰位置出现了红移,而且该振动峰的半高宽也有微小变化。温度升高退火效果更明显。退火使量子阱内应力部分消除,同时In,Ga原子扩散出现相分离使拉曼谱表现出变化。在常温和低温下的光荧光谱表明,退火处理的量子阱发光主峰都出现了红移;而且低温退火出现红移,退火温度升高相对低温退火出现蓝移;同时在低温荧光光谱里看到经过退火处理后原发光峰中主峰旁边弱的峰消失了。讨论了退火对多量子阱光学性质的影响。     

高显色白光LED的制备及其变温特性

分别用黄色、红色荧光粉和黄色、红色、绿色荧光粉制备了两种高显色指数白光发光二极管(LED),调整荧光粉的比例使显色指数达到最高。对两种样品进行光学测试,发现加绿粉的样品光通量比较大,这是因为加绿粉后绿光成分较多,而绿光的视效函数比红光的大得多。对两种样品进行10℃～90℃的变温测试,发现发光效率都降低,显色指数反而升高。发光效率降低一方面是由芯片的内量子效率降低引起的,另一方面是芯片的发射波长红移使其与荧光粉的激发波长不匹配,并且荧光粉在升温时激发效率会降低。显色指数升高是因为高温时芯片发出的蓝光光谱变宽,使得整个光谱相对于室温时的光谱更平滑,更接近太阳光谱。     

北京城市彩叶系植物秋季高光谱特征研究及差异性分析

北京持续推进增彩延绿科技示范工程，彩叶植物在城市园林建设和人居环境改善方面发挥着越来越重要的作用。如果能够利用高光谱技术实现快速、无损地观测城市彩叶植物区域分布特点及其生长特征变化，可为进一步优化城市彩叶植物布局，加快城市彩叶植物系统建设提供重要理论依据和数据支撑。高光谱遥感技术的快速发展，不仅提供了大量地被植物光谱信息，而且也提高了光谱分辨率及其响应范围。植物光谱具有一系列特征吸收谱带，能够指示不同树种间的差异，是高光谱进行树种识别的基础。以北京城市常见不同色系彩叶植物15种为研究对象，运用SR-3501便携式地物光谱仪分析了不同色系植物叶片秋季高光谱反射曲线特征；通过对原始光谱数据进行微分变换和特征参数提取，进一步研究了不同色系植物反射特征波段及特征参数差异性和变化规律。结果表明：大叶黄杨具备典型绿色植被光谱曲线特征，即呈“峰”和“谷”的变化特征，紫色系植物表现为同绿色系植物近似的光谱反射特征，红色系植物与黄色系植物光谱反射特征相似；从光谱吸收特征参数角度分析，不同色系植物绿峰/红峰位置表现为红色系植物＞紫色系植物＞黄色系植物＞绿色系植物，而绿峰/红峰反射率、红谷位置和红谷反射率均表现为黄色系植物＞红色系植物＞紫色系植物＞绿色系植物；不同色系植物叶片光谱三边特征参数具有一定的规律性，三边参数可以作为区分不同彩色叶植物与绿色系植物的特征参数，其中红边幅值与红边面积、黄边幅值与黄边面积、蓝边幅值与蓝边面积可分别作为紫色系植物、红色系植物与黄色系植物区别于其他色系植物的重要光谱特征参数。     

LED结温与光谱特性关系的测量

采用恒定驱动电流改变环境温度和恒定环境温度改变驱动电流两种方法分别对直径5 mm封装的AlGaInP型红光和黄光LED,InGaN型绿光和蓝光LED,以及InGaN蓝光+荧光粉的白光LED的结温与其光谱特性进行了测量,得到了不同条件下LED结温与光谱特性的关系.结果表明;AlGaInP LED的峰值波长与结温有良好线性关系,InGaN LED的峰值波长则与结温没有明显对应关系;但白光LED发射光谱的白、蓝功率比与结温有良好线性关系;对AlGaInP LED及蓝光激发的白光LED,通过光谱特性测量可快速、准确地确定光源系统中各LED的结温继而预测光源系统的有效寿命.     

不同发光染料的顶发射有机电致发光器件的研制

通过设计合理的微腔结构,制备了基于绿光染料C545t、黄光染料Rubrene、红光染料DCJTB的3种顶发射有机电致发光器件。研究了不同发光染料对顶发射器件的光谱的影响。研究表明,微腔结构对光谱具有窄化作用。绿光、黄光器件的发光峰波长并未随视角增大而明显变化,体现出良好的光谱角度性,而红光器件却出现了明显的光谱蓝移现象。绿光器件的最大功率效率为8.7 lm/W,当电流密度为45 m A/cm2时,亮度能达到7 205 cd/m2;黄光器件的电流效率最大值为11.5 cd/A,当电流密度为48 m A/cm2时,亮度可达到3 770 cd/m2;红光器件的电流效率最大能达到3.54 cd/A,当电流密度为50 m A/cm2时,可获得1 358 cd/m2的亮度。采用合适的发光材料以及合适的器件结构,不仅可以提高顶发射器件的色纯度及发光效率,还可以改善器件发光光谱的角度依赖性。     

GaN基低色温高显色白光LED

采用440nm短波长InGaN/GaN基蓝光LED芯片激发高效红、绿荧光粉制得高显色性白光LFD,研究了不同胶粉配比对LED发光性能的影响,结果表明,A胶、B胶、绿粉、红粉比重在0.5∶0.5∶0.2∶0.03时,在440 m蓝光激发下呈现了有两个谱带组成的发光光谱,分别是峰值为535 nm的特征光谱和643nm的特征光谱,胶粉通过均匀调配后能够有效的进行混光产生低色温白光,实验中最低色温可达3 251K,显色指数高达88.8,这比传统蓝光激发YAG荧光粉制得的白光LED色温更低,显色指数提高了26%.     

两种荧光粉混合涂覆的白光LED的光谱方程的建立

为了有效地模拟两种荧光粉混合涂覆的白光LED的发光光谱,选用了硅酸盐系列的绿色荧光粉与高显粉系列的红色荧光粉,应用英国Edinburgh FLS920P型荧光光谱仪,对绿色荧光粉与红色荧光粉进行荧光光谱的实验测量,得到绿色荧光粉发射峰在527 nm,红色荧光粉发射峰在641 nm。配置浓度为7%~17%,比例为3∶1~3∶2的样本,共144个,应用杭州远方色谱有限公司的HAAS-2000高精度光谱辐射计测量LED发光光谱,最后处理数据,得到拟合函数,在这些函数的基础上构建出了光谱方程,该光谱方程是模拟两种荧光粉的浓度和比例的系统方法。为了较为准确的预测出两种荧光粉混合后涂覆于蓝光芯片的发光光谱,对于实验中的数据进行了三维曲面拟合,得出荧光粉的浓度与比例和绿修正系数与红修正系数之间的函数关系式。将得出的绿修正系数和红修正系数的函数关系式应用到光谱方程中,得出最终模拟白光LED发光光谱的一种新方法。并且用了两组的模拟光谱图与实验的光谱图进行对比,发现两种光谱图的吻合效果都较为良好。说明这种模拟白光LED的新方法确实可行,且预测的两种荧光粉混合后涂覆于蓝光芯片的发光光谱较为准确。该方法将具体的荧光粉的质量比和浓度与LED的发光光谱图联系了起来,而之前的大多数研究都是将光谱功率分布与LED发光光谱图联系起来,并未涉及到荧光粉的质量比与浓度。在建立了具体的光谱方程之后,可以在没有实验仪器和不做实验的情况下,根据两种荧光粉的质量比,以及与AB胶混合后的浓度直接得出最终的模拟白光光谱,可以摆脱实验仪器以及其他因素的限制。并且为制备具有特定光谱特性的白光LED提供了新思路,具有一定的实用价值。     

结温对DCJTB混合YAG∶Ce3+白光LED光谱特性的影响

研究了结温变化对DCJTB混合YAG∶Ce3+荧光粉的白光LED光谱特性的影响。采用分层点粉的方法,在LED芯片上分层涂覆YAG荧光粉和有机材料DCJTB,可以使器件的显色指数高达90。利用实验室自行研发的一体化LED散热支架可方便准确测量出结温。实验表明：结温升高使蓝光芯片辐射幅值不断下降,YAG荧光粉被激发所辐射的黄光辐射幅值先增大后减小,红光光谱发生蓝移,器件的显色指数呈线性下降,色温先增大后减小。     

白光LED衰减的光谱分析

为了研究白光LED衰减的机理,通过试验跟踪并分析了采用YAG荧光粉、荧光粉晶片、RGB三合一方式封装的PLCC-4型白光LED,以及采用YAG荧光粉封装的大功率白光LED的发射光谱老化衰减曲线。试验在相同的环境下,对上述四种类型的白光LED进行了通电老化,同一类型白光LED老化电流及时间相同,老化完成后测试其光谱分布。通过分析光谱分布曲线的变化来研究白光中各色光的衰减情况,通过对比各色光的衰减情况来推断白光LED的衰减原因。分析表明白光LED的衰减主要是由蓝光LED的衰减及荧光粉的猝灭引起:采用YAG荧光粉、采用荧光粉晶片及RGBLED封装的白光LED衰减特性基本相同,白光的衰减主要是由蓝光的衰减引起;大功率白光LED与PLCC-4型白光LED衰减特性稍有不同,白光的衰减除了因蓝光的衰减外,还有荧光粉的衰减所引起的白光衰减,而蓝光的衰减所占比例至少不低于80%。通过上述分析可以进一步推断:在散热条件足够理想的情况下,白光LED的衰减主要由蓝光的衰减引起,而随着系统温度的提升,荧光粉的衰减将加剧白光LED的衰减。所得结果将为白光LED的应用及进一步对白光LED衰减原因的研究提供了参考。     

白光LED用稀土荧光粉的制备和性质

在还原气氛保护下利用高温固相法合成了化学组分为(M₁,M₂)₁₀(PO₄)₆X₂(M₁=Ca,Sr,Ba;M₂=Eu,Mn;X=F,Cl,Br)的可被紫光激发的蓝光、绿光和红光荧光粉,制备了紫光LED芯片+蓝光荧光粉+YAG荧光粉的二基色白光LED;紫光LED芯片+蓝光荧光粉+红光荧光粉的二基色白光LED,以及紫光LED芯片+蓝光荧光粉+绿光荧光粉+红光荧光粉的三基色白光LED。测试了所有制备的白光LED在不同的直流电驱动下的色度坐标、相关色温和显色指数。     

植物照明用荧光粉转换白光二极管的研究

LED具有效率高、体积小、功耗低、寿命长等优点,并且因其具有可轻易实现宽幅光谱调控的特性,在植物照明领域崭露头角。植物照明用LED分为两大类,一类是单色光LED,另一类是白光LED,其中植物照明用白光LED可与单色LED混合或者单独使用从而实现植物补光照明。植物封装用白光LED大部分采用蓝光LED芯片或紫外LED芯片和荧光粉组合实现,即荧光粉转换型白光LED,但是光谱集中于可见光偏蓝,对植物进行光合作用的效率不明显。植物对于光的吸收不是全波段的而是有选择性的,基于植物光合作用吸收光谱的特殊性,将白光LED光谱的显色性能作为评判其光谱是否适合植物生长所需的光质的标准,其平均显色指数Ra,特殊显色指数R9(饱和红光),R12(饱和蓝光)被考虑选择为植物照明用白光LED的主要性能评价参数。为设计出植物进行生长发育所需要的、性能良好的能应用于植物照明领域的白光LED,选用常见商用YAGG为绿色颜色转换材料,选用(Sr, Ca)AlSiN₃为红色颜色转换材料,并用传统高温固相法制备了系列光谱可调的(Sr, Ca)AlSiN₃荧光粉,并进行了光谱性能分析。通过将搭建好的LED结构模型导入光学仿真软件并分别引入绿色荧光粉颗粒、红色荧光粉颗粒以及蓝光芯片的特性参数,在Lighttools中分别建立了单蓝光LED芯片(450 nm)和双蓝光LED芯片(450+470 nm)激发(Sr, Ca)AlSiN₃和YAGG荧光粉组合,实现了白光LED的光学仿真模型,研究了两种激发模式下仿真得到的不同色温白光LED的光谱功率分布及其显色性能。用蓝光LED芯片、(Sr, Ca)AlSiN₃以及YAGG荧光粉组合进行了单芯片和双芯片显色性能差异的封装验证。通过将Sr_0.8Ca_0.12AlSiN₃∶0.08Eu2+和YAGG荧光粉的混合物点涂在双蓝光LED芯片上进行了白光LED的封装制备,获得了Ra=91.2,R9=96.1,R12=78.9,光谱辐射光效LER=126 lm·W-1的高效高显色白光LED其含有植物生长所需要的蓝光和红光。