采用红色、绿色混合量子点作为发光层, 制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/TFB/Mixed-QDs/ZnO/Ag的颜色可调量子点发光二极管(QLED)器件, 研究了QLED器件的电致发光光谱。实验结果表明, 混合QLED器件具有明显的颜色可调特性。随着外加电压增大, 混合QLED器件呈现出从暗红色到橙黄色再到耀眼的黄绿色的颜色变化。其开启电压为2.0 V, 最大亮度可达到6×104 cd/m2; 且器件在31 934 cd/m2亮度下实现了21 cd/A的最大电流效率和7.5%的最大外量子效率。作为应用展示, 本文将颜色可调的混合QLED器件与氮化镓基蓝光LED相结合制备了白光LED, 相关色温可从3 568 K(暖白光) 调至10 269 K(冷白光), 且显色指数不低于70, 在照明应用中具有广阔的应用前景。

由于光源的相关色温与色偏差计算一直是备受研究者们关注的问题,故提出了一种基于三角形法、抛物线法和三次多项式法的高效混合光源相关色温与色偏差计算方法。在色温为2000~20000 K, 1 K步长的18001条等温线上,并在色偏差范围为-0.03~0.03内以0.015间隔选取90005个测试样本,测试并比较了所提方法、Ohno方法与Robertson方法的精确度。测试结果表明,所提方法的性能优于Ohno方法与Robertson方法,且其色温和色偏差的最大绝对误差分别为0.3858 K和3.33×10 ^-6,故所提方法可被直接用于LED光谱优化与设计中。

研究了基于视锥响应三刺激值L,M,S导出的不同色品坐标空间和不同比例因子对相关色温(CCT)计算的影响,并比较了计算得到的CCT与标准CCT的差异。在Houser等收集的包含401个光谱功率分布的数据集上进行了测试,测试结果表明,采用比例因子均为1时计算得到的L,M,S直接导出的u_c-v_c空间表现最好,均值CCT绝对差异,中值CCT绝对差异和最大值CCT绝对差异分别为48,31和851 K。若将L,M,S转换到由配色函数定义的三刺激值空间X_FY_FZ_F导出的u_F-v_F空间中计算CCT,计算得到的CCT与标准CCT差异的均值CCT差异,中值CCT差异和最大值CCT差异分别为42,21和540 K。

相关色温是表征光源光谱特性的重要参量,而国际上并无相关色温测量不确定度的解析公式。本文分别采用不确定度传播律法和蒙特卡罗两种方法分析相关色温的测量不确定度。对于不确定度传播律方法,从相关色温的基本定义推导给出相关色温灵敏度系数公式,进而评价相关色温测量不确定度。数值计算的相关色温随光谱功率的变化验证了相关色温灵敏度系数公式的正确性。对于蒙特卡罗方法,采用蒙特卡罗模拟生成一组光谱数据,然后计算相应的相关色温及其分布,从而得到相关色温的测量不确定度。结果表明两种方法得到的相关色温测量不确定度吻合,在不考虑光源光谱的关联时,相关色温不确定度与波长间隔的平方根近似成正比。

为了快速确定白光LED相关色温与黄色荧光粉浓度的关系, 提出“中间参数A”的方法, 以达到减少工作量, 缩短工作时间, 提高精度的目的。首先, 通过理论分析推导出色品坐标与“中间参数A”的关系公式。然后, 制备6组不同黄色荧光粉浓度的白光LED样品, 计算出每个浓度对应的A值, 拟合A值与荧光粉浓度的关系公式。在色品图上查找目标色温对应的色坐标, 就可以利用“中间参数A”的方法预测目标色温对应的黄色荧光粉浓度。实验结果表明：利用“中间参数A”的方法生产的白光LED的色温与目标色温的误差在50 K以内。在预测高色温时, 该方法比“直接探索色温与荧光粉浓度的关系”的方法的精度高一个数量级。而且利用该方法, 采用2组不同荧光粉浓度样品相比于6组样品, 在预测目标色温对应的荧光粉浓度时的相差量低于0.5%。因此, 该方法具有耗时短、工作量少, 精度高的优点。

研究了不同驱动电流和光强分布条件下, 圆顶形、椭球形以及圆锥形远程荧光粉的发光性能。实验采用蓝光LED激发YAG: Ce3+荧光粉产生白光, 并通过恒流源和TEC控温热沉分别控制LED驱动电流和热沉温度, 通过对三种不同形状远程封装的荧光粉的光、色指数等进行对比, 发现椭球状样品的综合光学特性最佳, 光通量最高。同时, 三种远程荧光粉分别进行了不同电流下的Yellow-blue Ratio (YBR) 空间分布测试, 结果显示, 圆顶形样品的YBR空间分布均匀性最好, 且在不同电流下ACCTD及ACU值在三种样品中最优。相比大角度, 三种样品在0°附近测量的YBR的值都有不同程度的下降, 原因是芯片法线方向的荧光粉离光源较远, 且光通过荧光粉的光程较短, 因此激发效果与大角度出光时有差别。光源的封装形状以及荧光粉形状都成为影响光分布的重要因素, 因此通过改变远程荧光粉的封装方式, 优化出射光线路径, 可以起到改善远程荧光粉发光性能的重要作用, 对完善大功率白光LED光学特性的研究具有较好的参考价值。

首次提出了一种基于静电纺丝工艺以柔性PET为基底的新型LED远程荧光片的制备方法,实现了蓝色LED芯片与荧光粉层相分离的免封装器件结构。采用静电纺丝工艺制备了黄色荧光片和红色荧光片,并研究了黄色荧光片的透射率、吸收率、PL谱及红色荧光片对白光LED的光学性能参数的影响,包括光通量、相关色温、光效。实验结果表明,所制备黄色荧光片在可见光波段具有良好的透光性,荧光片的光谱完全由荧光粉来决定,不需要考虑复杂工艺的影响;使用红色荧光片可以在保持高光效的同时将球泡灯的相关色温由5 595 K降低为3 214 K,这在曲面发光及色温调节方面为灯具设计提供了广阔的空间。

在单颗LED中,以1℃/W~30.5℃/W范围的散热器热阻值和0.5 W~6.5 W范围的负载电功率作为优化变量,40 lm~460 lm范围的光通量和7 100 K~8 600 K范围的色温作为目标变量,通过光-电-热理论和多重光谱模型优化白光LED的光谱功率分布.计算获得白光LED的光通量和相关色温在系统中变化时所对应的光谱功率分布,目标值与理论值的误差在5%以内.该理论模型可为LED照明系统的设计提供参考.

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.

通过建立光电热(PET)模型，研究了发光二极管(LED)光源相关色温(CCT)的模型预测控制方法，实现了多主色LED光源的相关色温控制。首先，提出了热平衡状态稳定假设和修正的非对称高斯函数作为基函数的假设; 根据软模型建模思路,用最小二乘估计求解各个模型参量的回归子模型，分析光谱敏感系数曲线随CCT变化的关系。 然后，通过重力线法调试出在3 000，4 500和6 500 K 下3个常用色温点处所需的电流控制量。最后，在调设好的电流控制量上加以一定的无规则扰动产生一组验证数据，用于评价模型精度。实验结果表明: 建立的多主色LED光源的PET数学模型能够很好地通过电流控制量和环境温度来预测LED的热沉温度和多主色合成光谱功率分布函数，进而能够预测控制色温，具有很好的模型精度。得到的色度坐标预测精度优于±0.005，CCT预测精度优于±150 K。提出的基于模型的控制方法不仅适用于常用LED光源的CCT调控，还可推广到更多通道的LED光源的色度及CCT控制中。