GaN垒层厚度渐变的双蓝光波长发光二极管

针对单蓝光波长芯片与Y3Al5O12∶Ce3+黄光荧光粉封装白光发光二极管存在显色性不足的问题,提出了采用双蓝光波长芯片激发Y3Al5O12∶Ce3+黄光荧光粉实现高显色性白光发射法,并分析了其可行性.利用金属有机化学气相沉积系统在(0001)蓝宝石衬底上顺序生长两个In0.18Ga0.82N/GaN量子阱和两个In0.12Ga0.88N/GaN量子阱的双蓝光波长发光二极管,并对不同GaN垒层厚度的双蓝光波长发光二极管的光电性能进行分析,结果表明沿n-GaN到p-GaN方向减小GaN垒层厚度能实现双蓝光发射,并有较好的发光效率.交流阻抗谱结果显示相关双蓝光波长发光二极管可以用一个电阻Rp与电容Cp并联后与一个Rs串联电路来模拟,GaN垒层变化能调节并联电阻和电容,对串联电阻没有影响.此外,基于垒层减小的双蓝光波长芯片激发Y3Al5O12∶Ce3+荧光粉实现了高显色指数的白光发射.     

基于荧光玻璃的高效LED白光技术

采用高温熔融法制备了一定质量比例的SiO_2-YAG∶Ce~(3+)片状荧光玻璃,厚度为0.2 mm,分析其XRD物相、光学和SEM微观结构、PL光谱。结果表明:荧光玻璃保留了晶相,荧光粉颗粒在玻璃基质中均匀分布,荧光玻璃和荧光粉的激发响应关系一致。在465 nm蓝光激发下,发射波长均在535 nm附近,表明荧光玻璃除含有玻璃相,还有荧光粉的物质结构特性。将不同波长蓝光芯片与不同荧光粉含量的荧光玻璃进行封装测试,结果表明:器件的流明效率可达到234.81 lm/W;色温和显色指数均随荧光粉含量增加而单调下降,呈现高色温和低显色指数;荧光粉质量分数从6%增加至15%时,不同波长激发下的色坐标x与y呈现大致相同的线性变化率。采用450 nm激光激发荧光玻璃,测试样品温度变化发现温升较缓,温降迅速,耐热性能优越。实验结果表明,将荧光玻璃用于LED白光照明封装,能实现流明效率和耐热性能的大幅提升,形成良好的白光输出。     

基于Mie散射理论的白光发光二极管荧光粉散射特性研究

基于Mie散射理论,对大功率发光二极管封装中荧光粉的光激发、吸收、散射等作用进行数值模拟,仿真计算在不同白光色温时前后向散射光的强度比例,研究了荧光粉的颗粒大小对白光发光二极管最大光通量的影响.对保型荧光粉涂覆结构中不同直径荧光粉颗粒和不同色温时的光效进行了分析,还分析了同样色温下不同荧光粉颗粒直径、涂层的厚度对白光发光二极管出光的空间色温分布均匀性的影响.研究中所采用的器件激发光谱和发射光谱都为材料的实测光谱,而并非假设的单一光谱.研究表明:在采用保型荧光粉涂覆结构的前提下,当荧光粉颖粒直径为0.5μm时能使发光二极管光通量达到最大;荧光粉颗粒越小,发光二极管空间色温分布均匀性越好;对给定的封装结构,荧光粉涂层厚度为0.8 mm时空间色温分布均匀性最佳.     

基于LD激发荧光粉白光光源的窄光束照明光学系统设计

蓝光半导体激光器激发荧光粉产生白光光源技术发展迅速，但由于大功率蓝光半导体激光器在快轴、慢轴方向的光场分布差别较大，使得日前激光照明整体光学性能仍旧较差，难以实现大规模推广应用。针对该问题，设计了一款高质量激光照明光学系统，基于蒙特卡洛光线追踪理论，对激光光束进行准直调控、均匀光斑整形以及对荧光片进行设计，使得整体光源模块各元件得到最佳整合，最终实现了窄光束激光照明。仿真结果表明:激光光源的光收集率达98.3%，激光光斑的不均匀度为1.7%，白光均匀度为98%，光斑是出射准直角为1.6°的方形窄光束白光光斑。     

荧光粉封装方式对多芯片阵列LED封装效率的影响

针对荧光粉封装的多芯片LED,用Monte Carlo光线追迹的方法仿真光线在蓝光芯片和荧光粉中的传播,并分析了荧光粉封装方式对多芯片阵列LED封装效率的影响.结果表明:随着荧光粉层和芯片之间的距离增大,保型涂覆的LED封装效率先增加后减小,最大封装效率为59%;平面涂覆的LED在芯片间距为0.2mm、荧光粉层和芯片之间的距离为0.28mm时,封装效率为77.183%;荧光粉层的曲率半径对封装效率的影响较小.     

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。     

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。     

大功率远程荧光粉型白光LED散热封装设计

针对大功率远程荧光粉型白光LED存在的散热问题,研究了其封装结构的散热设计方法。在分析现有远程荧光粉型白光LED封装结构及散热特点的基础上,提出将荧光粉层与芯片热隔离的同时开辟独立的荧光粉层散热路径的热设计方法。仿真分析结果表明:新的设计能够在不增加灯珠径向尺寸的同时改善荧光粉层的散热能力。在相同边界条件下,改进设计后的荧光粉层温度较改进前降低了10.7℃,芯片温度降低了0.55℃。在芯片基座上设置热隔离槽对芯片和荧光粉层温度的影响可以忽略。为了达到最优的芯片和荧光粉层温度配置,对荧光粉层与芯片之间封装胶层厚度进行优化是必要的。新的封装方法将芯片和荧光粉层的散热问题相互独立出来,既避免了二者的相互加热问题,又增加了灯珠光学设计的自由度。     

不同封装材料的中功率GaN基LED器件老化分析

针对中功率蓝光及相应的白光LED器件进行加速老化实验,并具体分析了器件中硅胶和绿红混合荧光粉等封装材料对老化行为的影响和失效机理。在测试器件的光电老化行为之后,利用反射光谱和飞行时间二次离子质谱对失效器件进行了结构分析。结果表明,温度和湿度对蓝光和白光器件老化行为具有不同的影响。对于中功率蓝光LED而言,其光衰的主要原因是由于S、Cl等元素的引入及氧化等因素引起的黄化导致了透明硅胶反射率的下降。而对于绿红混合荧光粉组成的中功率白光LED来说,其光衰和色漂问题主要归结于在高温特别是高湿环境下工作,器件中荧光粉和硅胶等封装材料发生了一些化学反应,使荧光粉发生分解,并引起了荧光转换效率的下降。     

不同封装材料的中功率GaN基LED器件老化分析（英文）

针对中功率蓝光及相应的白光LED器件进行加速老化实验,并具体分析了器件中硅胶和绿红混合荧光粉等封装材料对老化行为的影响和失效机理。在测试器件的光电老化行为之后,利用反射光谱和飞行时间二次离子质谱对失效器件进行了结构分析。结果表明,温度和湿度对蓝光和白光器件老化行为具有不同的影响。对于中功率蓝光LED而言,其光衰的主要原因是由于S、Cl等元素的引入及氧化等因素引起的黄化导致了透明硅胶反射率的下降。而对于绿红混合荧光粉组成的中功率白光LED来说,其光衰和色漂问题主要归结于在高温特别是高湿环境下工作,器件中荧光粉和硅胶等封装材料发生了一些化学反应,使荧光粉发生分解,并引起了荧光转换效率的下降。     

半导体激光激发荧光粉转换白光照明系统设计

单管蓝光半导体激光器功率相对较低,为了获得高功率激光,利用多单管光纤耦合技术实现10 W蓝光激光输出,输出的激光激发荧光粉片合成的白光光源作为汽车远光灯光源。根据汽车照明法规要求设计了汽车远光灯照明系统并详述了抛物面反光罩、双凹透镜和荧光粉片的光学结构及对反光罩曲线参数、双凹透镜和荧光粉片的放置位置对光源色温均匀性及照度的影响。模拟设计了顶端19 mm×31.6 mm椭圆形开孔、底部直径5 mm圆形开孔、高60 mm的椭圆抛物面反光罩,荧光粉片置于距反光罩底部15 mm处时,在距光源25 m处的接收面上得到了5 m×12 m的椭圆光斑,白光光源的光通量为1 025 lm,中心色温为5 880 K,中心色坐标为(x=0.322 6,y=0.369 2),该汽车远光灯照明系统满足汽车照明法规要求。     

白光LED荧光粉涂敷工艺及光学性质

在20mA电流下,对自行设计的白光LED进行测试,发现荧光粉远离芯片封装方法与传统封装方法相比,流明效率提高了20.3%。效率的提高主要是因为减小了LED芯片对荧光粉散射的吸收。同时测得随着正向电流的增加,色坐标x,y的值逐渐减小,色温升高,而光通量呈非线性增加,流明效率逐渐下降。     

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.     

白光LED用硅酸盐基质发光粉的制备及其封装特性

在还原气氛下采用高温固相法合成了Eu²⁺激活的硅酸盐基质白光LED用发光粉,运用扫描电子显微镜和荧光分光光度计分别对发光粉的形貌和激发、发射光谱进行了表征,并对其与YAG发光粉的封装特性进行了对比研究。结果表明,合成的硅酸盐基质白光LED用发光粉其激发光谱覆盖范围宽。采用不同波段的LED芯片进行封装时,和YAG发光粉相比,其色坐标、显色指数和流明效率波动不大,尤其是流明效率波动仅在8%左右,而且其老化性能也和YAG发光粉差别不大。对其和YAG LED的相对发射光谱研究表明,硅酸盐更适合暖白光LED的封装,硅酸盐发光粉粒径与封装流明效率规律变化的研究结果表明,较大粒径的硅酸盐发光粉有可能在大功率LED上有潜在的应用前景。     

面向半导体照明的光学

以发光二极管(LED)为核心的半导体照明光源成为世界公认的第三代照明光源.通常基于蓝光LED抽运黄色荧光粉产生白光的方案,因荧光粉的斯托克斯位移和宽光谱,其具有产业化价值的发光效率上升范围受到极大限制.另外,传统封装LED因其朗伯型发光分布和超高亮度会造成严重的眩光以及光分布难以满足照明应用要求从而导致光污染、光浪费,...     

Suppressed speckle contrast of blue light emission out of white lamp with phosphors excited by blue laser diodes for high-brightness lighting applications

The speckle contrast of blue light emission out of high-brightness white lamps using phosphors excited by InGaN/GaN blue laser diodes is evaluated as a measure of coherence. As a result, speckle contrast of as low as 1.7%, the same level as a blue light emitting diode, is obtained. This implies that the original blue laser light can be converted into incoherent light through lamp structures without any dynamic mechanisms. This unique speckle-free performance is considered to be realized by multiple scattering inside the lamp structure, the multi-longitudinal mode operation of the blue laser diodes, and the use of multiple laser diodes. Such almost-incoherent white lamps can be applied for general lighting without any nuisance of speckle noise and should be categorized as lamps rather than lasers in terms of laser safety regulation.     

晶体膜层效应对棱镜偏光镜透射比影响的理论研究

为满足现代光信息技术对偏光器件各项技术指标的苛刻要求,利用膜层理论推导出线偏振光垂直入射时棱镜偏光镜透射比的数学解析表达式,并对影响棱镜偏光镜技术指标的每个物理参量作了定量分析。通过计算机定量模拟表明：晶体厚度对透射比的影响幅度与中间空气膜层的透射比有着密切的关系,在晶体折射率等参量取某些特定值,中间空气隙的厚度h=26．2μm和27．4μm时,格兰-泰勒（Glan-Taylor）棱镜晶体厚度对总透射比的影响幅度分别为5．934％和7．034％,格兰-傅科（Glan-Foucauh）棱镜晶体的厚度对总透射比的影响分别为1．24％,8．893％;晶体厚度,空气膜层厚度,棱镜结构角共同影响棱镜偏光镜的透射比。这一理论研究克服以前棱镜偏光镜透射比公式不能定量分析晶体厚度对棱镜偏光镜透射比影响的缺点,对偏光器件的的设计,具有重要的应用价值。     

白光LED用红色荧光粉α-Gd2（MoO4）3∶Eu的制备及其发光性能研究

以Gd2O3,MoO3,Eu2O3为原料,采用传统的高温固相反应方法制备了一种新的白光LED用红色荧光粉材料α相Gd2（MoO4）3∶Eu。利用XRD,SEM,激发和发射光谱对其进行了研究。分析了助熔剂和激活剂对样品的晶体结构,表面形貌和发光性能的影响。结果表明这种荧光粉可以被近紫外光（395nm）和蓝光（465nm）有效激发,发射峰值位于613nm（Eu^3＋离子的5^D0→7^F2跃迁）的红光,激发波长与目前广泛使用的蓝光和紫外光LED芯片相符合。因此,三价Eu离子激活的α相Gd2（MoO4）3是一种可能应用在白光LED上的红色荧光粉材料。     

Optical properties of ultra-thin InN layer embedded in InGaN matrix for light emitters

We theoretically investigate the optical properties of an ultra-thin InN layer embedded in InGaN matrix for light emitters. The peak emission wavelength extends from ultraviolet (374 nm) to green (536 nm) with InN quantum well thickness increasing from 1 monolayer to 2 monolayers, while the overlap of electron-hole wave function remains at a high level (larger than 90%). Increase of In content in InGaN matrix provides a better approach to longer wavelength emission, which only reduces the spontaneous emission rate slightly compared with the case of increasing In content of the conventional InGaN quantum well. Also, the transparency carrier density derived from gain spectrum is of the same order as that in the conventional blue laser diode. Our study provides skillful design on the development of novel structure InN-based light emitting diodes as well as laser diodes.     

一维光子晶体带隙结构研究

在考虑介质色散的基础上,研究了介质层厚度对光子晶体带隙结构的影响.利用传输矩阵法,计算了以LiF和Si两种材料组成的一维光子晶体带隙结构.结果表明,介质层厚度的增加会引起禁带的红移,厚度减小会引起蓝移.分析了含空气缺陷层、金属缺陷层的光子晶体结构,发现空气缺陷层对带隙结构的高反射区域变化不大,而在低反射区域,反射系数为零的波带之间出现了两边反射系数增加,中间反射系数减小的情况.在金属缺陷层的带隙结构中,金属对整个波长范围光的吸收作用不同,金属对低反射区1.6 μm、1.85 μm处透射率较大的透射光吸收作用明显,而在1.28~1.38 μm处透射率波长区间,几乎无吸收.