通过有限元分析, 利用COMSOL软件模拟计算了Nano-LED 半极性面InGaN/GaN单量子阱距离边缘不同位置的应变和压电极化分布, 并结合模拟得到的量子阱极化电场, 采用Silvaco软件计算得到了Nano-LED InGaN/GaN单量子阱距离边缘不同位置的发光光谱。应变和压电极化分布结果表明, 其在距离半极性面量子阱边缘100 nm的范围内变化明显。然而, 在半极性面内部, 应力释放现象消失, 压电极化电场变强, 量子限制Stark效应导致InGaN/GaN单量子阱发光强度降低。发光光谱分析表明, 60 mA工作电流下, Nano-LEDInGaN/GaN半极性面量子阱边缘位置的光谱峰值最大蓝移达21 nm, 其原因在于边缘的应力释放作用。Nano-LED非极性面和半极性面的整体光谱分析表明, 在固定Nano-LED高度条件下, Nano-LED的直径越大, 半极性面占比越高, 器件整体发光光谱的双峰值现象越明显, 这将为多波长Nano-LED器件的设计提供借鉴。

多芯片LED光源的可靠性分析涉及到光、电、热多个物理场, 高精度的多场分析结果会导致计算资源过多、计算时间过长、计算难度大等问题。为解决上述问题, 本文分别利用传统的有限元算法(FEM)和高效的人工神经网络方法(ANN)进行LED光源温度分析, 并讨论两种方法的优劣性。最后, 通过将FEM分析单一传热物理场的优势与ANN计算时间短、计算资源需求低的优势相结合, 归纳出一种更为高效的方法来进行多芯片LED光源的散热分析。利用该方法, ANN的预测数据与训练数据之间的相关系数达到了0.997 79, 预测结果与实际热分布图有良好的匹配, 计算资源相比传统的FEM方法节约了59％。该方法的应用能够在满足精度的前提下耗费更少的计算资源和时间, 同时提高了分析的灵活性。除此之外, 该方法对求解大功率LED光源寿命等可靠性问题也具有一定的参考价值。

研究了一种基于高动态范围(HDR)图像的亮度测量方法。基于数码相机的感光特性及成像原理,采用Photosphere软件将一组低动态范围时间序列图像合成为HDR图像,获取该图像的灰度值并与经线性变换得到的3个刺激值RGB数据进行拟合,得到亮度的计算模型,并对3种背景亮度下标准色板各色块亮度进行计算。研究结果表明,3种背景亮度下计算得到的标准色板各色块的亮度平均误差在9.22%以内;随着背景亮度的降低,所有色块目标和彩色目标的亮度误差均减小,灰度目标的亮度误差在背景亮度适中时达到最小。

设计了一种基于蓝绿光发光二极管光源的黄疸光疗仪光源系统。根据光线在皮肤和组织中的传递过程及胆红素和光红素之间的转化过程,通过光谱匹配,建立与目标光谱匹配度较高的光源光谱。对光源阵列进行设计和仿真,建立了光源系统,并进行照度测试,照度平均值达32.9 μW·cm ^-2·nm ^-1,均匀度达81%。为进一步提高光源系统均匀度,在光源系统中采用菲涅耳透镜阵列,当菲涅耳透镜的环距为1 mm、透镜到光源的距离为1 cm时,均匀度提升至85%,照度为31 μW·cm ^-2·nm ^-1,与设计要求相符。

报道了一种使用绿色CsPb(Br0.75I0.25)3无机钙钛矿量子点(PeQDs)和红色K2SiF6∶Mn4+(KSF)荧光粉作为荧光转换材料实现广色域白光LED的方法。合成了绿色CsPb(Br0.75I0.25)3量子点, 峰值波长为526 nm, 半高宽度为27 nm, 具有很好的单色性。采用蓝光LED芯片、红色KSF荧光粉和绿色CsPb(Br0.75I0.25)3 PeQDs组合能够覆盖CIE 1931颜色空间中很广的色域, 达到NTSC标准色域的107%。利用丝网印刷和紫外固化工艺制作了PeQDs薄膜、KSF薄膜和PeQDs-KSF混合薄膜, 与蓝光LED芯片组合得到了3种不同封装形式的白光LED器件。研究了不同封装形式对器件光学特性的影响, KSF薄膜在外侧的样品光效最高, 为102 lm/W, 色温为7 100 K。

光诱导功能退化是胶体量子点在应用中面临的主要挑战之一, 本文针对这一问题研究了使用磁控溅射沉积SiO2薄膜形成钝化层来提高CdSe/ZnS量子点发光稳定性的方法。首先,通过三正辛基膦辅助连续离子层吸附反应方法合成了615 nm发光的红色CdSe/ZnS量子点。然后将量子点旋涂在SiO2/Si基片上, 再通过磁控溅射方法在量子点上沉积了厚度为20 nm的SiO2薄膜作为钝化层。使用连续波激光光源分别在空气气氛和真空条件下照射样品, 研究了经过不同照射时间后钝化和未钝化量子点的稳态光致发光光谱。结果表明, 随着照射时间的延长, 没有SiO2钝化的量子点的PL强度显著降低、PL峰值发生蓝移、FWHM不断增大。对比研究发现, 由于SiO2薄膜能够阻挡空气中的水和氧, 减缓了量子点表面的光诱导氧化现象, 因此显著提高了CdSe/ZnS量子点的稳定性。

采用射频等离子体增强化学气相沉积的方法, 研究制备了一种基于硅基薄膜的高反射一维光子晶体。通过交替改变反应气体组分实现低折射率SiOx层和高折射率a-Si层的交替层叠沉积, 具有两种膜层介质折射率比大、反射率高、沉积时间短、工艺窗口宽等优点。采用5周期的SiOx层与a-Si层构成的一维光子晶体(厚度分别为155 nm和55 nm), 其禁带范围内(650~1 100 nm)的平均反射率达到99.1%, 高于相同波长范围内Ag的平均反射率(96.3%)。

采用传输矩阵模型研究了基于低维相变薄膜的显示器件的光学特性与器件结构的关系。显示器件的类型有反射型和透射型, 器件结构的关键参数包括Ge2Sb2Te5 (GST)层的厚度、ITO层的厚度、GST层的晶态与非晶态的变化。结果表明: 对于反射型器件, ITO层的厚度对器件的反射光谱影响较大, 可以通过改变ITO层的厚度达到改变器件颜色的效果; GST层的厚度为12 nm时, GST的晶态与非晶态的变化使器件有最好的颜色对比度且消耗较低的电功率。对于透射型器件, 通过使用超薄的GST薄膜, 器件的透明度可以保持很高, 器件的透明度在GST的厚度超过几纳米后迅速下降。

采用基于第一性原理计算的平面波超软赝势方法, 计算电子辐照后由简单缺陷引起的GaN外延材料的光学性能变化。首先计算出本征GaN晶体的性质作为研究缺陷性质变化的参照, 着重分析了VN、VGa、GaN、MgGa、MgGa-ON、MgGa-VN、VGa-ON等缺陷对光吸收谱的影响。由于InGaN多量子阱是主要的LED发光来源, 还对不同In摩尔分数掺杂下的GaN进行了光学性质研究。结果表明: VN、GaN和In掺杂等缺陷使GaN主吸收峰出现红移且吸收系数均降低; 而VGa、MgGa、MgGa-ON、VGa-ON均使GaN的主吸收峰出现蓝移, 只是MgGa缺陷使主吸收峰峰值增加, 其余缺陷均使主峰吸收系数降低; MgGa-VN仅仅减小了主峰峰值, 并未改变光子吸收波长。研究结果表明, 电子辐照后的缺陷会使材料性能发生变化。