照明用大功率发光二极管封装材料的优化设计

根据传热理论,建立了大功率发光二极管的有限元模型.选择了4种键合材料(高导热导电银胶、纳米银焊膏,大功率芯片键合胶、Sn70Pb30),4种基板材料(Al2O3、AlN、Al-SiC、铜钼合金).采用ANSYS有限元热分析软件进行了温度场仿真,得到了大功率发光二极管封装材料的最优选择.研究了基板厚度、芯片输出功率及外接...     

表面贴装封装发光二极管的结构设计

为了提高表面贴片封装(SMD)发光二极管(LED)封装结构的封装效率,根据LED的光学结构和性质,建立了简化的SMD LED封装结构模型,并实现了LED封装结构的连续自动生成、仿真和优化。仿真结果表明:在色温相同的条件下,光通量和辐射通量呈线性关系,侧壁的改变会造成白光光通量先增加后减少的趋势。通过对3款不同侧壁张角的LED进行测试,测试结果与仿真结果光通量趋势相同,并得到了对于这种封装方式的最佳侧壁张角为60°的结论,验证了仿真的正确性。     

电极结构优化对大功率GaN基发光二极管性能的影响

在台面结构的GaN基发光二极管(LED)里，电流要侧向传输，当尺寸与电流密度加大之后，由于n型GaN层和下限制层的横向电阻不能忽略，造成了横向电流分布不均匀.通过优化电极结构，以减小电流横向传输距离，制作出两种不同电极结构的大功率GaN基倒装LED.通过比较这两种不同电极结构的GaN基倒装大功率LED的电、光性能，发现在350mA正向电流下，插指电极结构的倒装大功率GaN基LED的正向电压为3.35V，比环形插指电极结构的倒装大功率GaN基LED高0.15V.尽管环形插指电极结构GaN基LED的发光面积略小于插指电极结构GaN基LED，但在大电流下，环形插指电极结构倒装GaN基LED的光输出功率比插指电极结构的倒装大功率LED的光输出功率大.并且在大电流下，环形插指电极结构的倒装大功率LED光输出功率饱和速度慢，而插指电极结构的倒装大功率LED光输出功率饱和明显.这说明优化电极结构能提高电流扩展均匀性，减小焦耳热的产生，改善GaN基LED的性能.     

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.     

去除铝基板的大功率LED热分析

提出一种大功率LED免铝基板封装方式,采用ANSYS有限元热分析软件对传统的铝基板封装和免铝基板封装的LED进行模拟对比分析。模拟结果表明:两种封装结构的LED,其最高温度均出现在LED芯片处;对于单颗功率1 W、3颗功率1 W和单颗功率3 W的器件,由于有效地简化了散热通道、大幅度降低了总热阻,采用免铝基板结构的最高温度分别降低了6.436,9.468,19.309 ℃。传统的铝基板封装即使选用热导率高达200 W/(m·K)的基板,其散热效果依旧略逊于免铝基板封装结构,且随着LED功率的增大,免铝基板的新型封装结构散热优势更加明显。本文的研究为解决大功率LED的散热问题和光色稳定性问题提供了一种新途径。     

蓝光钙钛矿发光二极管:从材料制备到器件优化

金属卤化物钙钛矿材料凭借其低成本、高色彩饱和度、高荧光量子产率、可调的发光波长和溶液加工等特点,在下一代平板显示和固体照明领域极具应用前景。得益于对钙钛矿材料的设计、器件结构的优化和发光机理的深刻认识,自2014年首次观察到室温下的钙钛矿电致发光现象以来,绿光、红光和近红外钙钛矿电致发光二极管(PeLED)的外量子效率(EQE)目前已迅速突破了20%。然而,作为三基色之一的蓝光PeLED发展较为缓慢,这严重制约了全彩色PeLED的发展。最近一年来,蓝光PeLED的效率增长显著,EQE已经超过10%。本文总结了蓝光钙钛矿材料的制备和器件结构的优化,并对未来蓝光PeLED发展方向和所面临的问题进行了讨论,以期促进蓝光PeLED的发展。     

发光二极管路灯光强空间分布的非线性优化设计

道路照明的首要目的是满足使用者的视觉需求,在此前提下还应尽可能降低能耗实现节能环保,这两点均与道路灯具的光强空间分布密切相关。而很难用一种通用的光强分布适用不同的道路和灯具安装条件。针对主干路、次干路、支路3种典型道路类型,提出了根据具体道路、安装条件以及驾驶员视觉光环境需求逆向设计灯具最节能光强空间分布的思路,并建立了以驾驶员视觉光环境需求为约束、以灯具总光通量最小为目标的非线性优化模型,将路面照度分布表述为余弦多项式并利用分级优化方法进行了求解。得到了3种典型道路条件下发光二极管(LED)路灯的最佳光强空间分布,相比现基于照度均匀分布设计的LED路灯光强分布,驾驶员视觉光环境质量显著改善,且灯具节能30%左右。     

纳米银焊膏封装大功率COB LED模块的性能研究

为提高大功率LED的散热能力,采用具有更高熔点和更优良的导电导热性能的纳米银焊膏作为芯片粘结材料,以Al2O3基陶瓷基板封装COB LED模块。同时以Sn/Ag3.0/Cu0.5和导电银胶两种粘结材料作为对比,分别在27,50,80,100,120℃等环境温度中测试3种模块的光电性能来评估模块的热管理水平;在100℃环境下进行加速老化实验,评估3种LED模块的可靠性。测试结果表明,纳米银焊膏封装的大功率LED模块光电性能优异,且具有较强的长期可靠性。     

氮化镓基发光二极管产业化中的材料物理问题

第三代半导体氮化镓化合物半导体已成为蓝光发光二极管的主流材料,国际上的产业化已成规模,国内也有多家处于中试阶段,由于氮化镓基材料中有如此多的问题没有解决,材料制备设备,器件工艺也极需改进及优化,这既给了中国科研人员及工程技术人员一个机遇,也使他们面临着严峻的挑战.     

大功率GaN基发光二极管的电流扩展效应及电极结构优化研究

定性分析了GaN基LED的电流扩展效应，发现电流密度和电流横向扩展的有效长度对电流均匀扩展有很大影响.基于此，对GaN基大功率LED提出了优化的电极结构，以减缓电流拥挤效应，降低器件串联电阻.通过用红外热像仪测量器件表面的温度分布，发现具有优化的环形插指电极结构的GaN基大功率LED表面温度分布比较均匀，证明芯片接触处电流扩展均匀，局部电流密度降低，减小了焦耳热的产生，增强了器件的可靠性.     

利用LED的投影系统光源设计

设计了利用多颗LED(Light Emitting Diode,发光二极管)阵列组成的扩展面光源.经过合理的聚光设计使之符合某些投影设备对亮度要求不是很高,但结构紧凑、性能稳定、使用寿命长的要求.结合数学建模和软件模拟的方式设计了一种小巧的反光杯,利用反光杯把LED近180°的发散光束汇聚到60°左右;然后再用一一对应的透镜阵列汇聚为平行光;最后采用柯勒照明方式把较大的面光源阵列汇集到LCD投影屏幕上,从而达到了较高亮度且具有很高均匀性的目的.     

用于标定CCD相机的高精度数控LED点光源

介绍了一种以发光二极管（LED）点光源作为相机标定光源的方法。根据LED点光源的特性,用恒流源给LED点光源提供所需的电流,用光照度计测量LED光源的光强度。由ARM单片下位机控制恒流源;通过串行通讯与上位机交换数据;由计算机作为上位机来管理数控恒流源和光照度计;根据所测光度值来调节电流,直到光度达到预想值。实验分析显示：LED点光源作为标定光源可以达到CCD标定的要求,精度也较高,能够很好地自适应控制LED的光照强度,达到了预期的效果,且系统使用方便灵活,性能稳定可靠。     

一种新颖微型液晶显示器背光设计技术

针对目前机载头盔显示系统中的微型液晶显示器背光模组亮度和均匀性不足问题,提出了一种新颖的微型液晶显示器背光结构及设计理论,并通过CODEV软件设计了背光光学系统,利用LIGHTTOOLS软件对背光模组进行了配光效果仿真,结果证明当采用85lm绿色LUXEONRebel LEDS作光源时,其输出光亮度接近160 000cd/m2,均匀性大于85%,功耗仅有1.25 W,完全满足了机载头盔显示系统的要求.     

组合式发光二极管路灯反射器的设计

设计了一组合式路灯反射器,以使发光二极管（LED）路灯在道路照明时产生矩形光斑和均匀照度。在非成像光学基础上,利用复合抛物面的高性能集光作用和机械设计软件的强大作图功能,设计了一款分段组合复合抛物面反射器（CPC）。基于“边缘光线原理”和”裁剪法”,此款反射器能将朗伯型发光的LED光束整形为近似矩形分布,出光效率达96％以上。理论模拟证明：在高度为10m,范围为10m×30m内利用此反射器进行二次配光的LED路灯的照度均匀度达0．5以上。该反射式LED路灯光束整形器结构简单,光学效率高、成本低廉,模拟结果完全达到了目前我国国家道路照明规范要求。     

LED用La2(WO4)3∶Eu3+红色荧光粉合成及光谱性能

 采用水热法并进行热处理成功合成了Eu3+掺杂La2(WO4)3红色荧光粉.通过粉末X射线衍射、扫描电子显微镜,以及能谱来表征荧光粉的晶体结构、颗粒大小、形貌及成分|用激发光谱和发射光谱以及荧光衰减曲线来表征荧光粉的荧光性能.X射线衍射分析确认了水热的前驱体和后期热处理的样品主要相分别为三斜晶系的La2W2O9和单斜晶系的La2(WO4)3.激发光谱表明La2(WO4)3∶Eu3+荧光粉样品在395 nm处有一个最强的吸收峰,与紫外InGaN LED芯片发射波长相匹配|而且La2－xEux(WO4)3荧光粉在395 nm激发下有强红光发射.因此,La2－xEux(WO4)3荧光粉有望成为新一代白光LED用的红色荧光粉.     

60Co辐照损伤对发光二极管性能影响的研究

通过引入散射理论建立了发光二极管模型,并考虑低计量率电离辐照损伤影响,建立了器件材料散射因子与辐照损伤的关系模型.在输入电流宽范围变化的条件下,测量了器件在不同辐照条件下的电学特性,实验结果与理论模型符合良好.通过对测量结果和以上模型的分析,深入研究低剂量电离辐照损伤和发光二极管性能衰减的关系.证实由于复合中心上的电子浓度增加,导致界面态浓度和散射几率的略微增大,从而造成其I-V和L-V特性的略微衰减.同时由于重离子辐照可直接产生位移效应,使界面态浓度明显上升,因此其对发光二极管的影响较电离辐照大很多.     

LED感应局部加热封装试验研究

采用感应局部加热技术,对大功率发光二极管(LED)封装进行了试验研究。结果表明,由于感应加热对材料和结构具有选择性,封装过程中仅Cu-Sn合金焊料层加热,实现了芯片和覆铜陶瓷基板间的热键合。封装后的LED性能测试表明,该封装技术不仅降低了热阻,使LED在高电流下(4倍电流)仍能保持较低的工作温度,而且降低了热应力和整体高温对芯片结构的损坏,提高了器件性能和可靠性。     

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。     

亚像素采样对LED显示质量的提升

清晰显示高分辨率画面是LED显示屏图像质量提升领域中亟待解决的关键问题之一.针对LED显示屏分辨率低、成本高、像素排布灵活的特点,研究了亚像素采样技术在LED显示屏中的应用.从信号处理的角度,在RGB颜色空间中对LED显示屏建立了全像素采样和亚像素采样数学模型,在亮度与色度相分离的空间中对两种采样方式进行了频谱分析,证明了应用亚像素采样技术可以将显示系统的亮度混叠转移到了人眼较不敏感的颜色通道上,有效扩展了LED显示系统在各方向上的Nyquist频率限制.物理屏体上的仿真实验表明亚像素采样对LED显示屏的图像显示质量具有改善作用.