论文部分内容阅读
高质量照明光源的主要指标就是器件的发光效率,光斑的光强和空间色温均匀性,而荧光粉涂层结构是影响光效、空间光色以及空间光强分布的重要因素。对于现有的白光pc-LEDs器件而言,即使采用了目前先进的涂层结构设计理念和相关的涂层工艺,其白光光斑中蓝黄光空间配比的均匀一致性仍然有待提高,尚无法满足高质量照明光源的性能要求,为了改善pc-LEDs器件的光斑空间光色均匀性,本文通过自主开发的荧光粉涂层光学模型对pc-LEDs中的光子传输过程进行了仿真计算研究,研究了荧光粉层结构参数对器件光度学、色度学性能的作用,并开展了涂层结构的优化设计,提出了一种光色均匀性改善效果突出的荧光粉涂层结构方案,并得到实验验证。首先,本文沿用了仿真荧光粉涂层结构广泛采用蒙特卡洛思想进行建模,建模过程中通过优化了蒙特卡洛方法的逆问题求解方式有效的控制住有限计算量条件下的理论误差。通过三维坐标系变换中旋转矩阵的严密推导优化了散射矢量处理的过程,减少了角度判断次数,提升了散射过程计算效率。采用上述模型,对常规涂层结构中球冠状荧光粉涂层结构的仿真证明了光斑光色不均匀的物理缺陷是由于蓝黄光空间分布特性不匹配导致。蓝光光线集中在中央法线方向出射从而造成中央区域相对色温过高,边缘区域相对色温偏低,即光斑蓝心现象,与实际光斑的中间区域偏蓝边缘偏黄的实验现象吻合,于是本文提出了基于蓝黄光光强角度匹配的荧光粉涂层结构设计新理念。基于该理念,本文设计出一种新型的双冠型叠层的荧光粉层结构,通过新结构的全反射机制和再吸收机制将过分集中在小角度出射具有前向散射特征的蓝光进行再分布,从而将小角度出射的光线与边缘大角度区域出射的光线区别处理,实现了蓝黄光空间分布函数更好的匹配。将新型的叠层结构与传统球冠状结构置于相同的4470K色温区间对比,模拟数据显示新型叠层结构空间相关色温偏差(-90度到90度的角度CCT偏差ACCT)为280.8K,与传统球冠状结构的1046K相比减小了71.5%,即光斑蓝心现象得到克服,并且空间蓝黄光光子包权重偏差减小,说明出射蓝光分布函数更匹配黄光分布特征。最后,本文采用了生产上广泛应用的荧光粉点胶工艺实现了两种结构,即优化的双冠叠层结构与传统的球冠状涂层结构,并对比测试了相同等效色温为4800K的两种结构的光度学、色度学性能参数。测试数据显示：传统球冠状结构与新型叠层结构的ACCT分别为635K,132.8K,对比下降79.1%；在驱动电流250mA时,光通量分别581m与671m,对比上升15.6%,光学效率分别为601m/W与65.41m/W,对比上升9%。新型叠层结构不仅具有更优的照明性能,并且适合大规模生产。