Computer Modeling and Simulation Evaluation of High Power LED Sources for Secondary Optical Design

Proposed and demonstrated is a novel computer modeling method for high power light emitting diodes(LEDs). It contains geometrical structure and optical property of high power LED as well as LED dies definition with its spatial and angular distribution. Merits and non-merits of traditional modeling methods when applied to high power LEDs based on secondary optical design are discussed. Two commercial high power LEDs are simulated using the proposed computer modeling method. Correlation coefficient is proposed to compare and analyze the simulation results and manufacturing specifications. The source model is precisely demonstrated by obtaining above 99% in correlation coefficient with different surface incident angle intervals.

一种实现大功率LED均匀照明的投射器设计

以特定区域的均匀照明为目标,设计一种以单粒LED为光源的均匀投射系统。根据LED的发光特性以及能量守恒定律选择采用折射-全反射(TIR)光学系统,通过建立TIR折射面及全反射面轮廓曲线上的点所满足的常微分方程,利用Runge-Kutta求解常微分方程得到轮廓曲线上点的坐标,再在UG中对坐标点进行曲线拟合得到轮廓曲线,进而得到TIR模型及适合数控加工的面形数据。将TIR模型导入Tracepro并对投射系统追迹光线。模拟结果表明:目标平面的光照均匀度达到92.6%,系统的效率达到91.8%。

大功率LED典型热沉结构散热性能分析

设计了三种大功率LED照明装置,并对其二次热沉散热进行了散热原理比较、实验性能分析,建立了热阻网络模型,对其进行了结温计算和寿命预测,发现微热管、薄肋片、风扇可以很好地实现散热。利用正交试验法对LED照明装置结温的影响因素进行了模拟分析,发现自然对流条件下,对流换热系数的影响可忽略不计,而需尽量提高导热环节的热导率并结合其散热能力进行功率的控制。为微热管散热技术提供了技术参考,为大功率LED器件的二次热沉散热提供了有效的实现途径。

大功率白光LED路灯发光板设计与驱动技术

为最大可能提高大功率LED路灯发光板的电光转化率与散热效率,在不影响外量子效率前提下对LED芯片设计采用扩大LED芯片面积,以及电极优化技术增加LED芯片的出光量,使芯片表面热流均匀分布,芯片工作更稳定。分析了大功率白光LED的封装过程对提高芯片取光率、保障白光质量、器件散热技术的综合应用。综合上述技术及有限元分析软件对大功率LED器件封装的热阻分析结果,确定了COB(chip on board)LED芯片的阵列组装技术,为制造LED路灯发光板的最佳技术方案。LED芯片结温很容易控制在120℃以下,与外部散热技术兼容性好。通过光线最佳归一化数学模型计算了LED芯片阵列芯片间最佳距离。最后通过对各种白光LED驱动方案的比较,确定了白光LED最佳驱动方案为恒电流驱动脉宽调制(PWM)调节亮度。

大功率LED全自动分拣机的设计

本文采用PC与PLC相结合的技术实现了大功率LED自动分选,介绍了针对Luxeon Emitter型LED的大功率LED全自动分选机的设计和具体实现,并以1瓦LED为对象进行了实测,结果表明该分拣机工作稳定,分级效果良好。

基于LED光源的TIR透镜的优化设计

为提高LED光能利用率,设计了一种自由曲面的全内反射(TIR)透镜。根据LED的光能分布特点,通过控制光线路径得到TIR透镜折射面和反射面轮廓曲线上的离散点,利用插值得到样条曲线,再经旋转360°得到TIR透镜的模型。利用Tracepro软件对经TIR透镜的光线进行追迹,根据光能利用率要求优化透镜结构,得到在保持透镜小尺寸的同时,光能利用率为95.26%,光束的发散角控制在±15°以内。

功率型LED热特性测试及评价

针对现有热特性测试及评价标准尚不完善的问题,以功率型发光二极管(LED)的精确热特性测试及评价为目标,采用光热一体化测试技术对不同的LED灯珠进行了热特性测试,研究了测试电流对K值标定及结温测试的影响,分析了热特性随环境温度的变化情况,提出了热性能测试及评价的合理建议。研究结果表明:测试电流对K值标定及结温测试有较大影响,测试电流的合理选取与芯片本身及功率的大小有关;材料的热导率随环境温度变化波动,对于某些高温使用环境,仅25℃的热性能参数数据并不能准确反应LED的热特性;热阻测试的准确性与光功率有关,光热一体化测试有利于得到准确的热特性数据。

LED城市道路照明灯具二次光学系统的光效分析

由于白光LED具有很多显著的优点,将其用作城市公共照明设施的替代光源有着许多的优点。然而要真正充分发挥半导体光源的长处,二次光学系统的设计至关重要。本文从系统光效和光场照度分布的角度出发,对各种光学系统的性能特点进行了分析,指出了二次配光设计时应考虑的问题和设计原则。介绍了一种独特的适用于城市道路照明二次光学系统,他能较好的满足城市道路照明的相关标准,并可以灵活地适用于不同的道路情况。

基于照度的非接触式大功率白光LED结温测量

利用简易照度计测量LED结温,搭建了非接触式大功率白光LED结温测量实验装置.结果表明:恒流驱动下,大功率白光LED的结温和照度值存在较好的线性关系.

道路灯具大功率LED阵列光照度分布研究

大功率LED照明能够节省大量能源,减少二氧化碳的排放,并且有助于改善城市环境.本文从大功率LED道路灯具工作特性出发,对两对LED阵列的照度叠加进行了计算,研究了大功率LED道路灯具阵列分布方式,为国家半导体照明工程提供科学的决策支持.

单芯大功率LED匀光照明阵列的设计

为构造大功率LED激发Cy3/Cy5荧光染料的均匀面照明系统,选择单芯大功率LED芯片PT54TE设计了红绿双通道匀光照明阵列。首先通过分析单芯大功率LED芯片PT54TE辐射强度的分布,建立大功率LED环形照明阵列的模型;然后为提高光线利用率,在LED外侧建立柱面镜反射结构,并通过斯派罗法则求解该结构的参数;最后由Tracepro仿真验证。研究表明,分别由4颗红/绿PT54TE构成的环形阵列在目标平面(30mm×30mm)内的光照均匀度大于95.4%,光通量大于700lm,比未配置柱面镜反射结构的环形阵列的光通量至少提高了52.5%。

大功率LED封装结构的仿真设计

设计针对大功率LED的光学结构进行分析,建立大功率LED的光学仿真模型,模拟LED光强分布曲线,对实测数据和仿真结果进行了比较,重点说明LED封装结构设计方法和思路,最后总结了仿真设计的意义。

高压LED阵列电学特性的优化方法的研究

高压LED制备工艺中,优化电极参数是获得均匀分布电流,改善电流输运特性,提高器件出光效率的主要方法之一。改进不同隔离层制备工艺参数与电极参数,抽样检测样品,对结果分析发现,Cr/Au电极厚度分别达到500 nm/300 nm后,总体提高了高压LED的电流输运特性,减少了高压LED漏电现象,增强了高压LED的电学稳定性,改善了金属电极厚度对高压LED的影响。通过二步法制备隔离层,改变LED工艺参数及隔离层倾角,制备出正向电压约12 V的串联高压LED。

高功率LED路灯照明

随着高功率的LED光源及照明技术的进展,LED路灯照明系统的应用前景已不容置疑。本文重点从高功率LED光源的封装技术和照明系统设计两大关键点,分析LED路灯照明的理想应用。

一种实现柯勒照明的高功率LED同轴光设计

设计了一种可以实现柯勒照明的高功率LED同轴光源。利用光学设计软件ZEMAX给出了设计模型,用照明分析软件Trace-pro进行光线追迹,并对照明面的均匀性进行了分析。

大功率白光LED室内可见光通信系统研究

为了兼顾室内照明和通信,实现可见光通信系统的商用化,设计了一套基于大功率白光LED的可见光通信系统。采用OOK调制将交流信号加载到10W的LED灯上,搭建了采用串联驱动方式的发送电路和带宽为20M的接收电路。

大功率LED无线光通信的高速脉冲调制技术研究

研究了大功率蓝光LED的光电脉冲响应特性,分析了影响其响应速度的因素,采用小电流负载高速门器件提供脉冲上升沿瞬时过压和下降沿的载流子泄放,实现了LED的光响应加速。利用该方法设计了大电流输出的脉冲调制电路,驱动3W蓝光LED并使其光调制速率提升至4MHz,输出峰值电流达到约800mA。

基于离子注入制备的InGaN横向Micro-LED阵列

采用离子注入工艺在InGaN/GaN量子阱蓝光LED结构的p-GaN层形成高阻态隔离区域,实现了最小4μm超小尺寸高光效Micro-LED阵列的制备,并系统研究了氟离子注入隔离工艺制备的横向结构Micro-LED阵列的电学和光学性能。实验结果表明,在采用的离子注入能量范围内,氟离子在p-GaN层中的注入深度越深,对应器件的电学和光学隔离效果越好。当离子注入能量为60 keV时,Micro-LED阵列具有相对最佳的光电效果,同时基于该离子注入能量制备的4μm超小尺寸Micro-LED阵列的光功率密度高达200 W/cm2,展现了离子注入工艺在新一代Micro-LED微显示芯片中的应用潜力。

大功率LED路灯二次光学设计的模拟仿真

以大功率LED路灯配光问题为研究对象,将二次光学设计和蒙特卡罗研究方法相结合,提出大功率LED路灯的配光设计.通过tracepro仿真实验,得到了大强度光通量和高匹配光场的大功率LED路灯二次光学设计结果.采用凹槽填涂增反膜的多颗LED路灯相比同样输入功率的弧形底面多颗LED路灯提高1.36倍,而且空间光场分布更合理,出光集中在±15%.

大功率LED的发光瞬态响应及光调制

为实现LED无线光通信大范围、远距离、高速率的传输,研究了大功率LED载流子注入与复合对光电响应速度的影响,设计了在FPGA控制下的载流子加速注入/抽出调制方案。通过在驱动电压脉冲上升沿施加一个瞬时过压和下降沿,将驱动输出端下拉或反偏,加速光脉冲的上升/下降沿,以避免光脉冲重叠所造成的码间干扰。测试结果表明,大电流调制可提高大功率LED的光信号质量和传输速率。