基于遗传算法的RGBW混光优化研究

根据RGBW四色混光原理,采用脉冲宽度调制(PWM)调光方式,建立目标色坐标与占空比的关系方程,采用遗传算法对混合光的光通量和一般显色指数进行多元约束下寻优,在3 571~11 082 K色温范围内选取13组目标色温,采用Matlab软件进行优化仿真,最后通过实验验证。结果表明:采用遗传算法对混合光进行光通量最大化寻优,能够使混合光的光通量最高可达166.062 lm;采用遗传算法对一般显色指数进行最大化寻优,能够使混合光的一般显色指数最高可达88.3。为了保证混合光光源同时兼具高光通量和高显色性能,采用遗传算法对光通量和一般显色指数同时寻优,并采用Matlab进行模拟实验,结果表明:通过同时优化光通量和一般显色指数,能够保证混合光的一般显色指数大于82时兼具适用于大多数照明场所的高光通量。     

基于RGBW四色LED的混光研究

根据RGBW四色混光方程组,结合脉冲宽度调制法的特点推导出占空比与色品坐标的函数关系。借助Matlab软件对混合光的光效和一般显色指数进行多元约束条件下寻优,并通过实验验证。结果表明:RGBW光源模块可实现2703 K~7692 K色温范围的白光,优化目标为显色性能最佳时,混合光的一般显色指数高达95,在光效最大的优化目标下,混合光可以实现108 lm/W的高光效。为了使光源模块同时具有优良的光效和显色性能,提出对光效和一般显色指数同时进行寻优。模拟实验表明:适当降低光效可以显著提高显色性能;降低显色性能同样可以改善光效。通过平衡光效和显色性能,可以实现一般显色指数大于90且适用于多数场所的高光效白光。     

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。     

基于PWM调光的高显色性白光LED混光优化方法

提出了一种基于脉冲宽度调制(PWM)的红/绿/蓝/暖白(R/G/B/WW)四色发光二极管(LED)白光混合方法。该方法根据多基色混合白光光源相对光谱功率分布(SPD)符合线性叠加原理,采用1931 CIE-XYZ三刺激值建立混合光中各光源色坐标与贡献率的关系。在优化目标显色性能最佳时,建立混合光的光通量与占空比的函数关系,并采用R/G/B/WW四色LED进行实验验证。结果表明,R/G/B/WW LED模块可实现一般显色指数Ra在95以上、其最大相对误差为1.35%、相关色温在3 000～7 000 K、光通量为200～1 000 lm、发光效率在170～240 lm/W范围变化的白光调节。     

二分法优化计算LED光源相关色温

色温和相关色温是LED光源的重要参量.从原始光谱数据到色品坐标(u,v)再到色温和相关色温的计算过程相当复杂,需要一种优化算法来简化计算量.因此,从色温的色度学定义出发,简要分析了直接内插法、逐点法和甬数曲线拟合法三种色温计算的经典算法,并分别指出了它们的优缺点,在此基础上提出了二分法这种新的色温优化算法.详细介绍了二分法的基本思想、程序流程等.利用软件编程实现这几种算法,通过普朗克黑体辐射公式计算得到一系列色温的理论光谱和白光LED仪器实际测试光谱,对比二分法和各种经典算法的速度和结果,证明了二分法是一种适合于计算机程序化实现的高精度高速度的色温算法.     

高显色指数白光LED光源的研究

根据光源混合原理和模拟黑体轨迹的Chebyshev法,推导了三通道脉冲宽度调制(PWM)占空比与色坐标、光通量、相对色温之间的关系式,同时确定调光约束条件。在上述推导公式基础上,设计出一种智能调光控制系统,该系统通过手机客户端分别控制暖白/绿/蓝3种LED光源模组,实现高显色指数R_a下混合白光的调光调色。实验结果表明:设置光源色温为3 600 K时,光通量在600 lm之内,设定值与测试值最大误差为0.74%;当光源光通量设定为300 lm时,色温在[3 200, 7 600]之间连续可调,其最大误差为1.82%,且光通量波动小于4%;混合光源具有较高的显色指数,在调光范围内,一般Ra在90以上,最大可达95.3。     

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%.     

高均匀度超薄直下式LED平板灯混光元件的设计与研究

为了设计更好的LED平板灯光学结构,解决现存的直下式LED平板灯厚度大,光源密度大的缺点,提出了两种兼具反射、投射作用的混光元件结构:椎台结构和半球型结构,并将其应用于超薄直下式LED平板灯的设计,以增加光线的耦合距离来提高出光均匀度.借助Tracepro软件研究两种不同结构混光元件应用于LED平板灯时的出光均匀度和光效率,运用Taguchi方法设计实验进行研究.结果表明,带有棱锥型结构元件的灯具均匀度达到95.42%,光效率达到92.72%,而带半球型结构元件灯具均匀度达到97.67%,光效率达到92.65%,其均匀度高于棱锥结构的原因是棱锥形状混光元件反射面的定向反射导致光线方向过于集中.     

LED梯度折射率封装结构的蒙特卡罗模拟

针对封装胶中掺杂纳米颗粒以及采用梯度折射率的LED封装模式,用蒙特卡罗方法模拟光在胶体中的传播,分析散射系数对透光率的影响.结果表明,透光率随散射系数增大而减小.对于固定的封装层数,各层均采取最佳折射率值时,透光率可以达到最大.梯度折射率值逐渐减小的多层纳米掺杂封装结构,透光率高于传统的封装模式,能够提高LED的出光效率.     

发光二极管光谱测量中的杂散光与带宽校正

光谱仪的杂散光和带宽是LED光谱测量中比较重要的两个误差影响因素,为了得到更精确的测量结果,必须对杂散光和带宽影响进行校正.用He-Ne激光测出光谱仪的线扩展函数,在假设光谱仪是线性波长不变系统的前提下,构建杂散光分布函数矩阵,转化为杂散光校正矩阵,从而对所测信号进行杂散光校正;在三个波段内分别由光谱仪带宽函数计算带宽校正系数,将被测波长点及其邻近带宽波长点上的测量结果进行加权平均,从而得到带宽校正结果.将两种校正方法应用在一台多通道快速光谱仪上,测量各种颜色的LED,实验结果表明能有效地校正杂散光和带宽影响,色品坐标最大校正了(-0.003,0.007).且该方法降低了应用成本,在保证精度的情况下简化了计算量,使得校正更易于实施.     

Application of stain-etched porous silicon in light emitting diodes and solar cells

Porous silicon/c-Si heterostructures have been formed by the method of stain etching.The properties of light emitting diodes (LED) and solar cells have been studied. The transport mechanism of the diode has been investigated from the current–voltage characteristics measured at different temperatures (296–380 K). A model based on multi-step tunneling of carriers at reverse and low forward bias (<1 V) and on field tunneling across a narrow barrier at higher forward bias (>1.5 V) is proposed for the LED. In the case of the solar cells the porous silicon is formed in between the fingers of the front grid contact. Application of porous silicon in solar cells results in an increase of the short-circuit current and efficiency of the cells by about 30%.     

交流发光二极管热特性的模拟分析

由于交流发光二极管(AC-LED)在实际应用中无需交流/直流整流变压器,它的发展越来越被关注。随着器件功率的增大,芯片结温升高,对器件的光通量、光功率及寿命等产生负面影响,所以精确掌握AC-LED的温升规律就成为芯片设计的关键。运用FloEFD有限元软件进行模拟仿真1 W白光AC-LED分别在直流和交变功率驱动下的瞬态热特性,结果表明在加载交变信号情况下,器件结温会以直流信号的结温为中心周期振荡,振荡的频率与输入功率频率相同,但有明显的相位移动。同时,AC-LED在不同的输入功率和频率下的结温变化显示稳态时的平均结温和结温振荡幅度都随功率的增大而线性上升,但随着频率的增大而降低。     

Light extraction enhancement of GaN-based LEDs through passive/active photon recycling

In this paper, we present a study of light extraction of GaN-based LEDs through active/passive photon recycling, including sapphire-based and Thin-GaN based on Monte Carlo ray tracing. The mechanisms in enhancing light extraction incorporated with implanting micro pyramid (lens) array and lens encapsulation of both cavity photon recycling and quantum photon recycling are discussed. For an absorption coefficient of 200 cm^− 1 in the active layer, both approaches perform more than 90% of light extraction efficiency through cavity photon recycling. For a heavy absorbed active layer, the quantum photon recycling could play an important role in light extraction.     

载流子复合机制对InGaN多量子阱蓝光LED调制带宽的影响

通过设计InGaN多量子阱LED有源区的不同结构,研究了载流子复合机制对LED调制速度的影响。结果显示,由于窄量子阱LED的载流子空间波函数重叠几率更高,且电子泄露效应更显著,所以复合速率更快,调制带宽更高。In组分为1%的InGaN量子垒LED可提高辐射复合的权重,使得调制带宽高于GaN量子垒LED;In组分为5%时,电子泄露和俄歇复合占据主导地位,且由于这两种复合机制复合速率很快,所以调制带宽显著提高。     

计算机数据采集在大学物理实验中的应用

以温度传感器、太阳能电池、发光二极管等器件的特性测量实验为例,介绍了计算机数据采集与处理技术在大学物理实验教学中的具体应用.     

功率型白光LED光学特性退化分析

将GaN基蓝光芯片涂敷YAG荧光粉和透明硅胶制成额定功率为1 W的白光发光二极管(LED),对其施加900mA的电流应力,在老化过程中测量白光LED的主要光学参数,考察其光学特性的退化情况。经过4 200 h的老化,样品光通量退化为初始值的15%~18% 。样品的漏电流明显增大,表明芯片有源区缺陷密度提高,但光谱分布图中蓝光部分的辐射量未减少,仅观察到黄光部分辐射量的减少,推断出YAG荧光粉的转换效率降低。同时,从原理上分析了样品色温逐渐增大,显色指数基本不变的原因,对大功率白光LED在照明领域的应用有一定的借鉴意义。     

荧光粉比例对白光LED特性的影响

用黄色和橙色硅酸盐荧光粉制备了白光LED,调整黄粉和橙粉的比例得到不同的色温.对样品进行光学测试,发现黄粉与橙粉的比例小于7时,黄光部分的峰值约590 nm,比例大于7时,黄光部分的峰值约570 nm;显色指数和流明效率都是随色温的增大先上升后下降,5521 K时达到最优值,这是由于低色温时,荧光粉的浓度大导致不能有效...