基于由照射目标向光源映射和微带表面构型的分离变量三维自由曲面非成像光学系统设计

为了使以发光二极管为代表的光源在照射目标平面上获得高分辨率的并具有复杂预定形状的远场照度分布,提出了从照射目标平面向光源映射、基于微带表面构型的分离变量三维自由曲面非成像光学系统设计方法。首先,计算依赖于映射关系的表面法向矢量;其次,逐步计算网格格点和表面微带的边缘曲线形状;最后,将所有表面微带联结在一起构成光学系统的表面。该设计方法具有无需误差校正过程,可以高效设计具有复杂照度分布形状的光学系统等独特优势。高分辨率光线追踪模拟结果表明,对于照射目标平面上的棋盘状和条状等多种预定照度分布形状,应用该方法均可高效地获得精准的非成像光学系统。

钝化材料对深紫外LED器件性能的影响

对比研究了SiO2、聚酰亚胺薄膜、SiNx/旋涂玻璃(SOG)复合材料等钝化材料对倒装焊深紫外LED器件抑制漏电流恶化、改善器件可靠性的作用。实际测试结果表明,未钝化和采用SiO2、聚酰亚胺、SiNx/SOG复合钝化膜后,倒装焊紫外LED短路漏电比例分别为100%、100%、55%和18%,采用聚酰亚胺和SiNx/SOG复合钝化膜的器件点亮1 000h后光衰分别为67%和20%。分析表明,SiNx与SOG结合使用有效降低了表面电荷复合几率并改善了倒装焊短路问题;SOG还进一步降低了表面的粗糙度,改善了由于AlGaN外延表面上的深凹槽结构引起的器件漏电及倒装焊金属溢流的短路,从而大大提高了可靠性。

半导体照明中的非成像光学及其应用

以GaN基功率型发光二极管(LED)为代表的半导体照明光源,具有其他传统光源无法比拟的诸多优点,被公认为21世纪最有价值的新型光源。充分发挥功率型LED的优势,利用非成像光学进行面向实际应用的功率型LED封装光学系统设计,以高端半导体照明光源的制造为突破点,带动整个半导体照明产业的快速进步,已成为半导体照明技术发展的战略选择。回顾了非成像光学的历史、研究进展以及在半导体照明中的应用,并通过设计实例,介绍了面向功率型LED光线耦合、二维给定光分布以及三维给定光分布问题的非成像光学系统设计原理与解决方案。

面向半导体照明的光学

以发光二极管(LED)为核心的半导体照明光源成为世界公认的第三代照明光源。通常基于蓝光LED抽运黄色荧光粉产生白光的方案,因荧光粉的斯托克斯位移和宽光谱,其具有产业化价值的发光效率上升范围受到极大限制。另外,传统封装LED因其朗伯型发光分布和超高亮度会造成严重的眩光以及光分布难以满足照明应用要求从而导致光污染、光浪费,导致传统封装LED不能直接应用于通用照明领域。基于色度学原理,研究了半导体照明的极限流明效率,结果表明,基于红、绿、蓝三基色合成白光的方案,优化后在整个半导体照明白光区域显色指数Ra大于80,其极限流明效率可达430 lm/W,远远大于通常的蓝光LED与黄色荧光粉合成白光的方案。总结了在光学系统设计方面的系列成果:为使LED的配光满足应用要求,提出了基于分离变量的非成像光学系统设计理论以及为消除因光源的扩展性和法向矢量误差带来的照度分布偏移理想情况而引入的多种反馈迭代策略;面向道路照明,提出了按亮度设计自由曲面配光系统的方法,在保证照明参数满足标准的前提下,获得可实现最大的亮度/照度比的自由曲面光学系统;面向室内照明,利用非成像光学设计具有一体化微透镜结构的散光板,将类似于点光源的LED阵列转化为均匀柔和发光的面光源,大大降低了眩光,并引入模块化方案降低维修成本;面向特种照明,提出了由多个光学曲面构成的照度均匀的准直光学系统结构以及航标灯光源。

氮化镓基发光二极管结构中粗化p型氮化镓层的新型生长方法

提出了一种新型p型氮化镓粗化外延生长方法,这种生长方法的本质特征是利用低温生长的p型氮化镓作为粗化层的"晶籽"层,然后在这一层的基础上高温快速生长p型氮化镓,使粗化程度得到放大.经实际制作尺寸为12mil×10mil的蓝光发光二极管器件并进行验证测试,与未进行p型氮化镓粗化的结果相比,通过这种方法粗化的发光二极管光通量可提升45%;结果同时表明,该方法有效解决了低温生长p型氮化镓带来的漏电流大,及预通镁源带来的前置电压高的问题.