基于量子点荧光粉的pc-LEDs发光特性的研究

摘要

随着科技的发展和LED的普及,越来越多的场所都开始应用LED作为照明光源,除了对光源的光效越来越高外,对于光源的出光质量也变得越来越重视.评价光源质量一般通过两点:光分布的空间均匀性和光源的显色性,前者可以通过光源的色温均匀性或者光强的均匀性进行衡量,后者则一般通过显色指数来评价.目前对于白光LED增加显色性的方法一般是加入红色量子点荧光粉.本文通过建立pc-LEDs(phosphor converted LEDs,荧光粉转化LEDs)的模拟仿真,深入探究量子点荧光粉的照明特性,特别是量子点荧光粉的散射特性,并最后在这个基础上提出一种改进pc-LEDs色温均匀性和显色性的新型涂层结构. 首先本文使用蒙特卡罗方法建立了pc-LEDs的仿真模型,其中包括芯片发光模型,光子包的传输模型,荧光粉的散射模型,荧光粉层结构模型以及边界处理模型,散射后的坐标转换模型,以及优化仿真速度的俄罗斯轮赌盘模型. 接着确定量子点荧光粉的散射模型,并将其应用在仿真中,并且通过仿真和实验的对比,确定了量子点荧光粉的散射模型的参数,其中散射系数为0.9∶1,吸收系数为2.7∶1,最终结果与实验结果相拟合. 然后在仿真的基础上,对LED纳米散射剂颗粒的散射模型进行了分析.首先是分析的正确的散射模型对最终结果的重要性:应用瑞利散射和H-G散射最后的光子包比值相差1.6倍左右,然后再利用H-G散射相函数和瑞利散射相函数的系数和,提出了一种优化后的散射相函数,这种相函数形式比较简单,符合蒙特卡罗方法的要求,同时将不同的系数的新散射相函数带入仿真模拟后发现在系数为1/4时,与100nm的TiO2散射情况最拟合. 本文提出了一种新型的优化荧光粉层涂层结构,该涂层是在传统点胶荧光粉层的基础上再加上自适应荧光粉层.运用上述的仿真模拟,发现结果确实比单独自适应荧光粉层的色温均匀性更好. 在实验中对比优化涂层和单独自适应荧光粉层发现前者的空间色温均匀性确实好于后者.优化涂层的空间色温标准差为45.5K,而单独自适应的空间色温标准差为177.8K,并且优化涂层的ACU只有0.96,单独自适应的则达到了0.84.然后还比较了先涂覆传统点胶荧光粉层后进行自适应涂覆和先进行自适应涂覆后进行传统点胶荧光粉层两种结构,结果发现后者的空间色温标准差为95.2K,ACU为0.94,说明优化结果相比于后者还是提高了空间色温均匀性. 还对优化涂层中的传统点胶荧光粉层的粉胶比以及自适应荧光粉层的曝光次数这两个参数进行了研究.最后在优化结构的基础上进行了提高显色性的研究,在优化结构上加入红色量子点荧光粉层,结果表明,在加入红色量子点荧光粉后,显色性得到了很大的提升,显色指数从平均的30不到提升到90左右,R9的值也从负数提升到了90左右.

目录

声明

第一章 绪论

1.1 LED简史

1.2国内外LED发展情况

1.2.1国外LED发展状况

1.2.2国内LED发展状况

1.3 LED的主要应用

1. 照明应用

2. 显示应用

3. 通信领域应用

1.4 本文的主要工作与创新

第二章 pc-LEDs的照明基本原理

2.1 LED的发光机制

2.1.1 LED的发光原理

2.1.2 LED芯片的种类

2.2 白光LED照明的实现方法

2.3 量子点荧光粉

2.3.1 量子点的基本概念

2.3.2 量子点的基本性质

2.3.2 量子点在白光LED中的应用

2.4 LED的光度学和色度学原理

2.4.1 光度学

2.4.2 色度学

2.5 本章小结

第三章 量子点pc-LEDs仿真模型的研究

3.1仿真基本原理

3.1.1蒙特卡罗光迹追踪方法

3.1.2 成像光学与非成像光学

3.2 pc-LEDs的仿真模拟

3.2.1 芯片模型

3.3.2 光子包的传输模拟

3.3.4 光子包在荧光粉层边缘的传输模型

3.5 仿真流程

3.6 基于量子点荧光粉的pc-LEDs模拟仿真

3.6.1 量子点荧光粉模拟的参数研究

3.6.2 基于量子点荧光粉的pc-LEDs的仿真结果

3.7 本章小结

第四章 纳米颗粒的散射特性研究

4.1 散射背景介绍

4.1.1 散射概念

4.2 纳米颗粒的散射相函数研究

4.2.1 改进型的散射相函数（RH-G）

4.3 纳米散射剂的散射相函数研究

4.4 本章小结

第五章 pc-LEDs优化涂层的研究

5.1 pc-LEDs荧光粉涂层优化研究

5.1.1 pc-LEDs涂层结构

5.3 优化涂层的仿真实验

5.4 优化涂层结构实验

5.4.1 优化涂层结构研究

5.4.3 优化涂层中传统点胶荧光粉浓度的研究

5.4.4 优化涂层中自适应厚度的研究

5.4 优化涂层的优化显色性研究

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2不足与展望

致谢

参考文献

攻硕期间的研究成果