毕业论文：PC-LED中的荧光粉涂层对光通量提取效率的影响

学士学位毕业设计(论文)
PC-LED中的荧光粉涂层对光通量提取效率的影响
学 院: 信息学院
班 级: 08 电子信息工程B

摘 要
白光LED通常采用两种方法形成，第一种是利用“蓝光技术”，即蓝光LED与荧光粉配合形成白光；第二种是多种单色LED光混合方法。本文主要对第一种情况进行研究，就是GaN LED蓝光芯片和YAG荧光粉封装在一起，当荧光粉受蓝光激发后发出黄色光，蓝光和黄光混合就形成白光。白光LED照明凸显了它节能、无污染等优点，替代传统照明已成为全球趋势。因此对白光LED性能的研究和改进具有重要意义。
论文运用基于蒙特卡洛的光线追迹方法，对反光杯中填满荧光粉和反光杯顶部涂覆荧光粉层的两种封装方式模拟计算。结果表明，在相同色温下，反光杯中填满荧光粉提取的光通量比反光杯顶部涂覆荧光粉层提取的光通量大。论文还对反光杯上加透镜情况进行光通量的模拟计算。结果表明，加上透镜后，进一步提高了光通量。
通过毕业设计，熟悉了光学仿真软件、光线追迹原理、荧光粉涂覆方式、白光LED结构及封装技术等。

关键词： 白光LED , 荧光粉 , 光提取效率 , 封装

ABSTRACT

White-light LED is usually formed in two ways, the first is the use of "Blu-ray technology" and tie in with the formation of white phosphor, the second is a mi* variety o
……（新文秘网https://www.wm114.cn省略1135字，正式会员可完整阅读）……　
powder-coated way.



Keywords: White-light LED , Packaging , Light e*traction efficiency

目 录

摘 要 ……………………………………………………………………2

ABSTRACT ……………………………………………………………………3

第1章 绪论 ……………………………………………………………5
1.1 LED概述 …………………………………………………………5
1.2 LED 发光原理 ……………………………………………………5
1.3 白光LED的发展 ……………………………………………6
1.4 设计主要任务 ……………………………………………………7

第2章 光学理论基础 …………………………………………………8
2.1 光的波长与色温 …………………………………………………8
2.2 光通量 …………………………………………………10
2.3 荧光粉发光原理 ………………………………………………11

第3章 光学建模软件 ……………………………………………………13
3.1 LightTools介绍 ………………………………………………13
3.2 LightTools 系统建模 …………………………………………13
3.3 系统设计分析 …………………………………………………13

第4章 仿真结果与分析 …………………………………………………14
4.1 模型参数设置及色温调节 ………………………………………14
4.2 仿真结果 …………………………………………………………16

第5章 设计心得 …………………………………………………………22
5.1 总结 ………………………………………………………………22
5.2 期望 ………………………………………………………………22


参考文献 …………………………………………………………………23

致谢 ………………………………………………………………………24


第1章 绪 论
光学的发展，有赖于发光材料能不断改进和新体系的诞生，而每种新材料又都是伴随着照明或显示领域应用质量的提高而问世。从白炽灯到荧光灯，发光领域经历了一场不小的革命，21世纪，人们迎来了一种更新的人造光源的出现 -- 发光二极管。
1.1 LED概述

LED是发光二极管 (Light Emitting Doide) 的简称。发光二极管是一种可以将电能转化为光能并具有二极管特性的电子器件。LED是一种半导体二极管，与普通半导体二极管一样有两个电极 (正极和负极)。LED在工作时需外加电源，外加的电能也是由这两个正负电极加入到半导体二极管内。LED在内部结构上有和半导体二极管相似的p区和n区，p区和n区相交的界面形成pn结。LED与普通半导体二极管一样是一种允许电流单向导通的器件。LED的电流大小是由加在二极管两端的电压大小来控制的。 根据加在二极管两端的电压大小，利用通过LED的电流最终使结发光。
基本结构LED器件的制造目的是为了得到光，所以它的结构与普通半导体二极管并不一样。

图1.1 LED的基本结构

LED的两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极。有的LED两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，则靠近小舌的引线是正极。





1.2 LED发光原理
发光二极管（LED）是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。 LED的心脏是一个半导体的芯片，芯片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个芯片被环氧树脂封装起来。半导体芯片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。P区带有过量的正电荷 (通常称为空穴) ，N区带有过量的负电荷 (通常称为电子)， 当正向导通的电压加在这个半导体材料的PN结上时， 电子就会从N区血P区移动，在P区和N区的交界处电子和空穴发生复合，复合过程中能量就会以光的形式从LED发射出来，

电子和空穴复合可以分为两类: 一是伴随光的辐射的复合; 还有一类是不伴随光的辐射的复合。前者是由于空穴和电子的复合以光的形式辐射能量，这是发光的主要机理，也是发光器件所追求的。 而后者复合不件随光的辐射，这对固体发光器件来说是有害的 (因为以热的方式辐射而使器件的温度升高) ，所以对于固体发光器件来说，就是要研究如何增强带有光的辐射形式的复合。
因此，研究LED芯片原理及应用的目的，就是在半导体PN结处流过正向电流时，能以较高的能量转换效率来辐射出200~1550nm波长范围的光谱 (包括紫外光、可见光和红外光)，从而满足各种应用的需要。

根据不同的结构和材料，LED发光的颜色也是不同的，这由组成的半导体材料决定，通常是采用两种有细微差异的材料构成N区和P区。N区和P区交界处形成的PN结就是发光层。P区和N区必须有两个电极作为输入接触电极，同时不同颜弝的LED都有衬底，衬底的材料也有所不同。为了能使衬底与P区很好地结合，必须采用某种材料作为它们两层之间良好结合的缓冲层。这样就完整地组成了LED的基本结构。

1.3 白光LED的发展
首只发光二极管所用半导体材料为GaAsP，发红光(λp = 650nm)，光通量和发光效率都比较低，只能作指示灯用。七十年代， 采用 材料，不仅提高了光效，还拓宽了发光光谱范围，其颜色覆盖了黄绿至红色，此时的应用开始迈入显示领域。九十年代初期，在 衬底上生长 ，内量子效率接近100%，红、黄色LED光效达到了10 。 ……（未完，全文共13397字，当前仅显示3187字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：PC-LED中的荧光粉涂层对光通量提取效率的影响》）