白光LED荧光粉层的光学设计及研究

荧光粉粒子浓度的优化设计是改善白光LED颜色品质和流明效率的重要手段。通过光学仿真方法可以分析荧光粉层不同粒子浓度对LED光强分布和色度均匀性的影响。仿真结果表明,随着荧光粉粒子浓度的增加,荧光粉层对蓝光的散射和吸收增强,LED的流明效率增大,光强分布逐渐变均匀,光斑的色度由蓝光逐渐向白光转变。当荧光粉的粒子浓度为105/mm3时,LED的光强分布最均匀,接近朗伯余弦分布。此时,LED光斑的色度坐标接近等能白光源,色度均匀性的空间分布较好。     

光源近场测量在LED光学设计中的应用与研究

在LED光学设计中,传统方法多以LED光源的远场测试数据为设计依据,而远场测试仅仅是对LED光源相对粗糙的测量,并不能精确地描述光源的空间光分布情况。对LED光源详细空间光分布信息的获取,即LED光线集的获取已经成为LED光学设计的瓶颈问题。获取并合理利用精确、详实的LED光源信息尤其是光源空间光分布信息是LED光学设计的关键点。分别利用单颗LED芯片和LED模块做了两组对照实验,并利用照明解析软件对获得的实验数据进行处理和分析,通过对比实验中光源远场测试和近场测试获得结果之间的差异,强调了通过LED光源近场测试获取光源光线集对LED光学设计的重要作用。实验结果表明,LED光源近场测量获取的光源光线集可以为LED光学设计提供更为详细的光源的光空间分布信息。     

Eu^(2+)/Ce^(3+)激活的近紫外LED用发光材料研究进展EI北大核心CSCD

作为新一代固态照明光源,白光LED在能量转换效率、亮度、化学稳定性和环保性等多方面显示出突出的性能优势,广泛应用于照明领域。而在其多种白光构筑方式中,“近紫外LED+多色荧光粉”更有利于实现高显色指数和低色温的健康照明,这种方法受到高度关注,高品质多色发光材料的开发和性能调控也是近年来的研究热点。本文主要介绍了Eu^(2+)/Ce^(3+)激活的近紫外LED用发光材料的最新进展,包括商用荧光粉的性能优化和新体系的开发,讨论了材料设计和性能调控的手段。最后,对近紫外LED用发光材料的部分机遇和挑战进行了讨论,从而对白光LED的发展提供一定的参考和指导。     

LED天幕灯的光学设计

天幕灯是一款用于近距离照射大面积幕布的特殊灯具。为了在限定的区域内获得幕布的均匀照明,天幕灯需实现非对称、大角度的特定出射光强分布。基于几何光学和辐照度理论,首先建立满足幕布均匀照明要求的天幕灯配光曲线模型,然后再根据LED光源的发光特性进行二次光学设计,使LED天幕灯的出射光强分布与所需的配光曲线模型相匹配。根据能量守恒定律将配光曲线模型进行均匀离散化处理,建立直射和反射的有效叠加和补偿,依此设计得到反射面面型,实现照明要求。通过Zemax对所设计的LED天幕灯进行模拟仿真,结果表明,满足配光曲线的LED天幕灯可以通过多个灯具的简单照明叠加实现在近距离范围内对不同大小和形状的幕布进行均匀照明,其照明均匀度可达到85%以上,能量利用率可达到80%以上。     

基于光学扩展量的LED均匀照明反射器的设计

针对发光二极管(LED)光源的发光特点,根据非成像光学的光学扩展量理论建立了获得均匀照明反射器的一般方程,实现了在特定目标面上的均匀照明,进而依据该方程设计了用于体视显微镜的LED照明系统.利用TracePro软件对所设计的系统进行光线追迹仿真,结果表明在Φ90 mm的范围内照度均匀性达到90.6%,不考虑反射率损失时能量利用率可达到99.6%.该设计方案采用单一反射器实现均匀照明,为实现照明系统小型化和简单化提供了一种有效的途径.     

白光照明LED灯温度特性的研究

分析了荧光粉转换型白光LED照明光源色坐标、显色指数、色温和发光效率与驱动电流和温度的关系。驱动电流的增加将引起蓝光波峰的长移，并随电流的增大而增大；但其对色坐标、色温和显色指并未引起较大的变化，而发光效率发生下降，主要原因为蓝光波峰的红移导致荧光粉与激发波长的不匹配，引起荧光粉发光效率的下降，这个现象在不同环境温度下的发光也得到证实，实验结果认为LED的驱动电流为20mA，温度低于50℃时具有较好的发光效率，而显色指数要通过增加红色成分来改善。     

白光LED远程荧光粉技术研究进展与展望

远程荧光粉技术通过将荧光粉与芯片分离,降低了荧光粉的工作环境温度,提升了荧光粉的稳定性,改善了白光LED的照明品质和光效,同时有望降低LED眩晕度,提供大面积平板光源,在未来照明与显示应用中具有重要意义。远程荧光粉技术的白光LED将向多功能化、高性能化和智能化方向发展。本文将综述白光LED远程荧光粉技术的研究进展,主要介绍其封装工艺的优化、评价参数的构建和分析,以及相关荧光材料的发展现状。     

基于光学薄膜的LED光谱调制技术

针对白光LED光谱与自然光谱的不同,讨论了采用光学薄膜改善白光LED光谱的可行性,同时提出了一种利用光学薄膜消除白光LED发光光谱中蓝光成份的方法,设计了光学薄膜的透过率曲线,并分析了其可行性.针对单色LED光谱随温度不同发生变化的特点,根据分析样品在4.9°、24°和49°三种环境温度下的光谱分布,设计了一种光学薄膜的透过率曲线,分析利用该设计薄膜改善单色LED光谱温度稳定性的可行性及结果.研究结果表明,在保证白光LED出光效率的前提下,仅靠在发光芯片上镀制光学薄膜的方式并不能改善光谱的结构,而使之与自然光中的可见光谱相似.采用设计的光学薄膜,可以消除白光LED发光光谱中的蓝光波段,提高光谱的舒适性.在4.9°、24°和49°三种环境温度下,利用设计的薄膜可将分析LED的发光光谱的中心波长稳定在700 nm附近,相对发光强度稳定在0.2附近,不同温度时光谱分布的相似性也有了较大的改善,研究结果有助于LED照明光源的进一步应用.     

LED智能光源混光呈色模型构建方法研究

LED智能光源具有色光可调的特点,其内置微处理系统可以通过无线数据传输等技术调整发光方式,控制光色及发光强度,进而实现照明光源的动态调节,因此特别适合于博物馆展陈、家居照明等智能化照明设计环节。现阶段,鉴于LED光源智能混光技术尚未普及,目前绝大多数商用LED智能光源在混光控制方面仅局限于设备制造商所设定的几类固定模式,无法充分发挥智能LED光源色光可调的技术优势。针对此问题,提出了一种基于BP神经网络以及有效集算法的LED智能光源混光呈色模型构建方法,实现了LED智能光源控制信号与对应发光光谱辐亮度分布之间的双向高精度映射。研究中首先提出了一种基于BP神经网络的LED混光呈色预测方法,实现了由LED智能光源驱动控制值向光源实际发光光谱辐亮度分布的准确预测;在此基础上运用有效集算法实现了由光源实际发光光谱辐亮度分布向LED智能光源驱动控制值的反向高精度预测。实验结果显示,所提出的方法整体建模误差显著小于人眼视觉可分辨阈值(CIEUCS Duv值可低至0.002 7),达到了较为理想的建模效果。该方法的提出,将为当前LED智能光源制造以及现有商用LED智能光源的二次开发与优化提供有效的理论与方法支撑。     

LED绿色照明及其非成像光学设计

介绍了新一代LED光源的优点和缺陷．回顾了非成像光学的历史以及自由曲面在半导体LED照明中的应用,同时介绍了LED准直光源和LED光源产生均匀照度的光学设计方案．     

Design of optocoupler for synthesizing four color spectra

LEDs with the advantage of high luminous efficacy and long life time show the potential of replacing traditional luminaire. Most commercial white LED light sources use blue or ultraviolet chip coated with emitting phosphor, but the sensitivity and instability of such phosphors has become a big issue. The typical RGB-LED by using individual chips has the problem of spatial separation and insufficient spectral overlap which leads to low CRI. This study suggests a novel and high-efficiency design of fiber optical optocoupler to synthesize four colors emitted by separate LEDs to provide the ideal light sources by adjusting the individual LEDs separately. By choosing different colored light to be synthesized, this optocoupler can be used as light sources which can be highly controlled to offer the best lighting conditions. Compared with other widely used commercial LED sources, this new design of light sources can be used in special experiments which require multi-spectral light.     

固态照明光源的基石--氮化镓基白光发光二极管

首先回顾了照明光源的简单历史 ,然后介绍了发光二极管 (LED)发展到大功率白光LED的历史 ,接着简述了国内外发展现状 ,主要技术路线及其特点 .最后阐述了作者在这方面的研究工作进展状况 ,对其发展趋势提出了一些看法 .     

Invention,development, and status of the blue light-emitting diode,the enabler of solid-state lighting

The realization of the first high-brightness blue-light-emitting diodes (LEDs) in 1993 sparked a more than twenty-year period of intensive research to improve their efficiency. Solutions to critical challenges related to material quality, light extraction, and internal quantum efficiency have now enabled highly efficient blue LEDs that are used to generate white light in solid-state lighting systems that surpass the efficiency of conventional incandescent lighting by 15–20×. Here we discuss the initial invention of blue LEDs, historical developments that led to their current state-of-the-art performance, and potential future directions for blue LEDs and solid-state lighting.     

结温与热阻制约大功率LED发展

LED结温高低直接影响到LED出光效率、器件寿命、可靠性、发射波长等。保持LED结温往允许的范围内,是大功率LED芯片制备、器件封装和器件应用等每个环节都必须重点研究的关键因素,尤其是LED器件封装和器件应用设计必须着重解决的核心问题。首先介绍pn结结温对LED器什性能的影响,接着分析大功率LED结温与器件热阻的关系．基于对器件热阻的分析,得出了结温与热阻已经制约大功率LED进一步向更大功率发展的结论,并提出了如下两个观点：1．要在保持低成本和自然散热方式下提高LED器件的功率,根本的出路是提高光转换效率;2．在日前没有提高光转换效率的情况下,发展超过5W的大功率器件对工程应肘没有实质意义。     

海面波浪坡度场光学测量装置的光源设计(英文)

在海面波浪坡度场光学测量系统中,光源是一个非常重要的照明元件。合理的设计和选用光源,是保证系统精度和布局的重要因素之一。比较传统光源短弧氙灯的明显优势,如低能耗,寿命长,更好的安全性和稳定性等,本文提出了采用LED作为本系统光源的设想,确定了所需LED个数和LED阵列方式,并经过计算和光学软件模拟,验证了本设想的可行性。     

Improvement of color-rendering characteristics of white light emitting diodes by using red quantum dot films

Red quantum dot (QD) films were applied to a conventional white light-emitting-diodes (LEDs) module consisting of 72 LEDs for improving color-rendering properties. Total three QD films with different QD concentrations, two diffuser plates, and six optical configurations were combined and investigated to find an optimized optical structure. QD films formed a red peak near 630 nm in the spectrum which significantly increased the overall color rendering index (CRI). The lateral optical cavity formed by a vertical QD wall and the vertical cavity formed by the diffuser plate and the reflection film in the lighting module played an important role in the improvement of the color-rendering properties. Especially, the adoption of the lateral optical cavity formed by the QD wall was an effective way to improve both efficiency and color rendering properties of the LED lighting. The present result suggests a new possibility of designing high-CRI LED light sources whose color properties can be tuned easily by simply applying and relocating QD components in conventional LED lightings.     

发光二极管材料与器件的历史、现状和展望

文章介绍了发光二极管材料和器件的研究、开发的历史，概述了发光二极管技术的发展现状和进展．通过与其他类型光源的比较，向读者展示了发光二极管未来的重要地位和光明前景．发光二极管的最近的成就是实现了有色光方面的成功应用．高功率白色发光二极管已开始应用于便携式和特殊照明．而在通用的照明领域要成功地应用发光二极管，则需要通过性能和价格方面的继续突破来实现．     

MOCVD生长InGaN/GaN MQW紫光LED

利用LP－MOCVD系统生长了InGaN/GaN MQW紫光LED外延片，双晶X射线衍射测试获得了2级卫星峰，室温光致发光谱的峰值波长为399.5nm，FWHM为15.5nm，波长均匀性良好。制成的LED管芯，正向电流20mA时，工作电压在4V以下。     

白光LED光斑均匀性的改进

用于照明领域的白光LED,其出射光斑的色度均匀性对于产品性能有着更加重要的意义.介绍了目前工业上制作白光LED主要采用的荧光粉灌封点胶工艺.并在目前主流灌封点胶工艺的基础上通过改善荧光粉层结构形状,以提高白光LED器件的出射光斑均匀性.并通过九点法对不同工艺结构下LED出射光斑的空间色度分布进行了测量和分析.通过分析,虽然采用不同的粉层结构,能够一定程度上改善白光光斑的色度均匀性.但总体上,采用这种传统的点胶工艺制作的器件的白光光斑性能不好,现有的荧光粉层灌封点胶工艺存在很大的弊端.荧光粉层的可控性是影响色度均匀性(即光斑均匀性)的主要因素,包括单个器件内的光斑和器件之间的颜色一致性都不理想.     

Historical perspective on the physics of artificial lighting

We describe the evolution of lighting technologies used throughout the ages, and how the need for improvements was such that any new technology giving better and cheaper lighting was immediately implemented. Thus, every revolution in energy sources – gas, petrol electricity – was first put to large-scale use in lighting. We describe in some detail several “ancient” techniques of scientific interest, along with their physical limitations. Electroluminescence – the phenomenon by which LEDs directly convert electricity into light – was long thought to only be of use for indicators or flat panel displays supposed to replace the bulky cathode-ray tubes. The more recent uses of LEDs were mainly for street traffic lights, car indicators, small phone displays, followed by backlighting of TV screens. LED lamps for general lighting only emerged recently as the dominant application of LEDs thanks to dramatic decrease in cost, and continuous improvements of color quality and energy conversion efficiency.