为了满足高功率白光发光二极管(Light-Emitting Diode, LED)对荧光体的高性能要求，对白光LED用CexGd∶YAG单晶荧光材料的制备和光学、电学、热 学特性进行了研究。采用提拉法生长了CexGd∶YAG(x=0.02, 0.04, 0.06, 0.08)单晶，并借助于X射线衍射(XRD)、吸收光谱、发射光谱等对晶体的光谱特性进 行了表征, 同时也测试分析了相对荧光强度随温度的变化关系、基于不同Ce3+浓度CexGd∶YAG单晶的白光LED性能参数。结果表明CexGd∶YAG单晶在450 nm的 蓝光激发下，产生一个500~650 nm的宽峰发射，在100 ℃高温下，其荧光光强比商用荧光体粉末高出10%。当Ce3+浓度为6%时，采用CexGd∶YAG单晶荧光片的 白光LED光效高达153 lm/W，是Ce∶YAG和树脂荧光材料白光LED的两倍多。CexGd∶YAG单晶荧光片，具有更高更稳定的荧光光强，制作的白光LED光效有明显提 升，有望成为新型的商用荧光体。

可见光无线通信(visible light communication, VLC)是将LED照明技术和光通信技术相结合的一种新兴技术。 针对目前LED照明通信光源显色性差、 光效低且色温不可调等问题, 依据多基色LED白光通信原理进行了相关研究, 以Yoshi等提出的高斯分布形式作为基色LED的光谱模型, 利用国际照明委员会(CIE)推荐的一般显色指数(Ra)和美国国家标准与技术研究所(National Institute of Standards and Technology, NIST)推荐的一般色质指数(Qa)评价光源的显色性。 采用遗传算法, 在2 700~6 500 K色温范围内优化出单个色温以及色温可调光源满足显色性最优的光谱组合, 并基于Ra和Qa大于80的原则优化出色温可调光源光视效能(luminous efficacy of radiation, LER)最优化的光谱组合。 最后根据实验结果分析了光源的显色性、 光视效能和色温可调性三者之间的关系。 结果表明: 三基色色温可调白光LED满足显色性最优的峰值波长组合为613 nm/541 nm/464 nm, 此时Ra和Qa的最小值分别为81.2和81, 可以满足一般条件下的照明通信需求; 四基色色温可调白光LED满足显色性最优的峰值波长组合为620 nm/562 nm/505 nm/449 nm, 此时Ra和Qa的最小值分别为96.7和92.2。 在特殊照明场所或要求较高的通信速率时, 应采用四基色白光LED作为照明通信光源。 仿真得到了三基色和四基色白光LED的最佳光谱组合, 为宽通道可见光通信光源的设计提供了参考依据。

采用Ohno 等提出的发光二极管(LED)发光光谱数学模型，计算LED 芯片的发光光谱，并基于光谱叠加性原理，研究多芯片光源的混光特性。实验中用蓝光LED 激发涂覆其上的绿橙双色荧光粉获得暖白光，与红、青、蓝三种LED 光源混光。通过控制模块发送指令到脉宽调制(PWM)驱动电路分别调节各个LED 的驱动电流占空比，从而控制4种LED 的光通量及其配比，实现色温在2700 K~6500 K 范围内连续可调。在宽色温范围内，获得超高的显色指数，Ra 在95~98 之间，全部特殊显色指数(R1~R15)都在90 以上、辐射发光效率(LER)在286~336 lm/W 之间的白光LED 光源。实验测量与计算模拟结果的一致性很好。

三芯片发光二极管(LED)光谱选择性多,整体性能可控性好.通过合成特定色温的多种三芯片LED 光源,并研究辐射发光效率(LER),中间视觉效率(MER),生理辐射效率(CER)等性能的变化范围,为光谱优化提供理论基础.从6 组在色度图上分布相对均匀的单芯片LED 光源光谱中,选择其中3 组进行组合,合成2000 K,3000 K,4000 K,5000 K以及6000 K 五种色温光源,计算相应的ηLER 、S/P 值和acv值并进行函数拟合,得到相关性能的范围.结果表明,各色温下相应的ηLER 、S/P 值和acv值变化范围较大,分别相差达到0.4、0.6 以及0.4 以上.整体趋势与传统研究结果一致,色温越高,S/P 值和acv值相应越大,但是低色温光源也可达到较高的S/P 值和acv值,高色温光源也可达到较低的S/P 值和acv值.三芯片LED 光谱优化能够有效的提升整体性能.

研究了高色温和低色温两种球冠状远程荧光粉白光LED在不同电流、不同热沉温度下的发光性能差异.结果表明：在大电流下，LED有源层内由于量子限制斯塔克效应使其峰值波长向短波方向移动，偏离了高色温荧光粉的最佳激发波长，更加接近低色温荧光粉的最佳激发波长.高色温LED的相关色温随电流增加呈上升趋势，低色温LED的相关色温随电流增加呈下降趋势，与它们的量子效率变化引起的色坐标漂移有很大关系.两种LED量子效率和发光效能随热沉温度的升高均呈略微增大的趋势；其中，高色温LED的量子效率和发光效能随电流的增大而减小，而低色温LED的量子效率和发光效能则随电流的增大而升高；高色温LED发光性质较低色温LED好，但色特性的稳定程度不如低色温LED.

电流阻挡层(CBL)可以改善发光二极管(LED)的发光效率和输出光功率, 其形状对电流的阻挡作用有影响。本文通过等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在InGaN/GaN多量子阱外延片上制备了SiO2薄膜, 并腐蚀出不同结构作为电流阻挡层: A组形状与P电极形状相同, B组为Y形CBL, C组为点状CBL。通过对这3组芯片与常规芯片的对比, 发现加入CBL对小功率LED的电压特性影响比较小, 并且电流阻挡层形状与金属电极形状相同时对光效的提高最大, 可以提高14.6％。

针对中性色温4 870 K, 考虑斯托克斯损失, 研究了两基色、三基色的白光LED的光谱优化。结果表明: InGaN/GaN基蓝光LED激发YAG荧光粉合成的白光光视效能可高达483.5 lm/W, 但显色性较差, 计算的斯托克斯效率为83.9%。加入窄带红色荧光粉或红光LED, 优化后的光视效能降低为343 lm/W, 但显色指数升至94.7, 同时计算得到该LED的斯托克斯效率为84.4%。对该优化的三基色LED光谱进行可调色温白光的特性分析, 发现较高色温 (＞4 000 K)对应的显色指数普遍高于低色温(＜4 000 K)的显色指数。

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。

为了提高无汞平面光源(FFL)的发光效率和避免放电收缩，设计并制作了一种新型的具有弧形电极结构的无汞平面光源，该结构光源在单极性脉冲作用下具有高亮度、高发光效率以及高工作余度等特性；另外，设计了一种可实现区域调光的电极结构，基于该结构光源，提出了一种调光方法及调光电路；最后，完成了基于81 cm (32 in)无汞平面光源的模型验证。实验结果表明：所设计的平面光源可采用脉冲密度调制或者脉冲频率调制的调光方法来实现亮度的行列可调，在最大亮度时，其功耗为256 W；而当其亮度降低至400 cd/m2时，其功耗降低至15 W，此时FFL有最高发光效率为29 lm/W。采用区域调光方法可以在获得100%～6%宽范围亮度调节的同时，有效降低FFL背光源的功耗。

在不同的交流电压、频率和热沉温度下，对交流发光二极管(AC-LED)的光学和电学参数进行了测试。通过对AC-LED电流电压特性、光通量和光功率的深入研究，发现在交流和直流有功功率相同的情况下，器件的光通量、光功率和发光效能在交流驱动下要比直流驱动时低。随着有功功率的增大，器件的发光效能呈现先增大后减小的趋势，器件热效应、GaN基LED的效率衰减现象以及等效串联电阻是造成这一现象的主要因素。同时还在改变热沉温度的条件下，讨论了温度对器件的峰值波长、光功率与发光效能的影响。