针对LED高光效、高显色指数的要求,在分析LED光学性能的基础上,采用板上芯片(COB,Chip on Board)技术研究了表面涂覆硅胶量对COB白光LED的光通量、光效、色温和显色指数的影响,并提出一种高光效、高显色指数、低色温的白光LED封装方案,提高了COB白光LED的出光效率,实现了特定的光学分布,最终实现14W COB封装结构下的白光LED,在电流密度为30A/cm2时,其色温、显色指数及光效分别为4900K、82和125lm/W。

荧光粉受激发产生的白光LED照明光源存在显色指数较低的问题。对此提出一种利用光谱拟合反演高显指目标光谱的方法,针对已知白光LED计算提高该光源所需补充的单色光LED种类及光谱系数。利用光谱拟合方法分析添加不同波段的光谱对白光LED显指和色温的影响。并通过拟合反演的方法进行补光设计,使用一到两种单色光LED,将冷白光源和中性白光源的显指分别提高至92.3和96.8。实验结果表明,使用红光与蓝绿光、低波长绿光LED补光后,大幅度提高了荧光粉受激发产生的白光LED光源的显色性。

以聚碳酸酯(PC)粉体、 有机硅光扩散剂和YAG∶Ce荧光粉为原料, 通过熔融共混法和高温压模法及减薄抛光工艺制备出不同有机硅光扩散剂质量分数的PC/YAG∶Ce光散射荧光树脂样品, 通过SEM、 XRD、 透射光谱和PL的性能分析, 表明: 荧光树脂样品在500～800 nm光谱范围有较高的透光率, 样品的主相都为Y3Al5O12, 在342和448 nm有两个激发波峰, 发射光谱在532 nm有一宽峰, 属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射, 对应的荧光寿命在61.5 ns左右。 把荧光树脂样品应用到白光LED器件的封装获得的光效为81.12 lm/W@100 mA, 说明PC/YAG∶Ce荧光树脂片适用于作白光LED封装的新型荧光材料。

采用熔融共混法和高温压模法制备出PC/YAG∶Ce荧光树脂片, 样品经减薄和抛光处理后, 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光(PL)、透射光谱等测试手段进行分析。厚度为0.87 mm的样品在500~800 nm范围内的透过率约为65%。样品主相为Y3Al5O12, 在342 nm和448 nm有两个激发峰。样品的发射光谱在532 nm有一宽峰, 属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射。荧光树脂片中荧光粉含量越高, 样品发射强度越大, 是一种适合用于白光LED封装的新型荧光材料。

理论上研究了当 InGaN 发光二极管(LED)有源区的量子阱数变化时, LED的大信号瞬态响应特性与这种变化的关系。结果来自于LED等效电路模型的SPICE模拟, 模型参数的确定通过拟合已测量的LED的实验数据及模拟结果来实现。结果表明, LED光脉冲的上升时间随量子阱数的增加而增加, 由3个量子阱构成的有源区是LED的优化结构。

采用金属醇盐法制备MgAl2O4前躯体, 通过高温煅烧2～4 h得到纯相MgAl2O4粉体, 再将其与YAG∶Ce荧光粉均匀混合, 利用热压烧结并结合热等静压处理得到MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷。 利用XRD, SEM, EDS和荧光光谱仪对样品进行物相和光学性能分析。 实验表明样品由MgAl2O4和YAG两相组成, YAG晶粒均匀地分散在MgAl2O4基质中。 样品在340和475 nm有两个激发峰。 发射光谱在533 nm处有一宽峰, 属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射, 其荧光寿命为59.74 ns。 结果表明, MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷是一种可用于白光LED的新型荧光材料。

利用方波脉冲调制和正弦波调制方法对自生长台阶形的蓝光发光二极管(LED)进行脉冲响应特性及调制带宽的测量分析；并利用APSYS软件计算了此种台阶形蓝光LED的能带图，计算表明，台阶形导带带阶提高了43 meV，价带带阶下降了36 meV。这一结果说明：采用台阶形电子阻挡层(EBL)的结构设计，有利于提高LED的发光功率和响应特性，这一性能的提高主要是由于更高的有源区载流子注入密度，进而提升有源区的电子空穴辐射复合率。

分别对3种不种电子阻挡层的蓝光AlGaN LED进行数值模拟研究。3种阻挡层结构分别为传统AlGaN电子阻挡层, AlGaN-GaN-AlGaN电子阻挡层和Al组分渐变的AlGaN-GaN-AlGaN电子阻挡层。此外对这对三种器件的活性区的载流子浓度、能带图、静电场和内量子效率进行比较和分析。研究结果表明, 相较于传统AlGaN和AlGaN-GaN-AlGaN两种电子阻挡层的LED, 具有Al组分渐变的AlGaN-GaN-AlGaN电子阻挡层结构的LED具有较高的空穴注入效率、较低的电子外溢现象和较小的静电场(活性区)。同时, 具有Al组分渐变的AlGaN-GaN-AlGaN电子阻挡层结构的LED的efficiency droop现象也得到一定的缓解。

采用金属醇盐法制备MgAl2O4前驱体, 通过高温煅烧2~4 h得到纯相MgAl2O4粉体, 再将其与YAG∶Ce荧光粉均匀混合, 利用热压烧结并结合热等静压处理得到MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷。 利用X射线衍射、紫外-可见分光光度计等测试手段对样品进行表征。样品由MgAl2O4和YAG两相组成, 在340 nm和475 nm有两个激发峰。发射光谱在533 nm有一宽峰, 属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射。该透明陶瓷封装蓝光芯片所得白光LED器件在35 mA驱动下的发光效率为133.47 lm·W-1, 其寿命及色温稳定性优于采用传统方式封装的白光LED。实验结果表明MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷是一种可用于白光LED的新型荧光材料。

对InGaN量子阱LED的内量子效率进行了优化研究。分别对发光光谱、量子阱中的载流子浓度、能带分布、静电场和内量子效应进行了理论分析。对具有不同量子阱数量的InGaN/GaN LED进行了理论数值比对研究。研究结果表明, 对于传统结构的LED而言, 2个量子阱的结构相对于5个和7个量子阱具有更好的光学性能。同时还研究了具有三角形量子阱结构的LED, 研究结果显示, 三角形多量子阱结构具有较高的电致发光强度、更高的内量子效率和更好的发光效率, 所有的优点都归因于较高的电子-空穴波函数重叠率和低的Stark效应所产生的较高的载流子输入效率和复合发光效率。