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大功率LED及其灯具的光学研究

作　者: 刘一农
导　师: 吴懿平
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 发光二极管光学模拟取光效率透镜设计可靠性测试
分类号: TN312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 25次
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内容摘要

LED(Light Emitting Diodes)作为第四代绿色照明光源得到了越来越多的关注和研究，目前LED广泛应用于指示灯、室内照明、体育场馆、车灯等领域，大有快速取代传统照明光源之势。我们有必要对其光学性能做进一步的研究，具体内容如下:（1）利用光学追迹软件对LED裸芯片的三种（正装、倒装、垂直）结构的取光效率进行分析，通过改变裸芯片各层的半导体材料参数及芯片结构，观察它们对取光效率的影响。（2）详细的分析了大功率LED封装芯片的反光碗和封装材料对光强分布的影响，包括改变反光碗的形状、张角，改变封装材料的形状、折射率等，通过软件仿真得到最优化的封装结构。（3）利用自由曲面的划分网格法设计了两款透镜，分别实现成均匀圆斑和准直的功能。该透镜既可以作为二次光学元件封装在LED灯珠的外面，也可以做到小体积与LED芯片一体化封装。（4）介绍了LED及球泡灯的光、电、色、热性能的测试方法，并对大功率LED芯片做了快速热冲击条件下的可靠性实验，记录下相关参数的变化情况，分析其失效的原因。通过上述四个方面的研究，即：LED裸芯片取光效率、LED封装一次光学、二次光学设计和芯片光、电、色、热性能的测试，系统的分析了LED芯片及灯具的光学性能，对芯片和灯具的光学设计起到了指引作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
1 绪论  9-22
  1.1 课题研究背景及意义  9
  1.2 LED 的光学特性简介  9-18
  1.3 国内外研究现状  18-21
  1.4 课题来源、研究内容及论文的组织机构  21-22
2 LED 芯片及封装光学设计理论基础  22-30
  2.1 引言  22
  2.2 光的传播特性  22-24
  2.3 LED 芯片及封装技术简介  24-29
  2.4 小结  29-30
3 LED 芯片的取光仿真与设计  30-47
  3.1 引言  30
  3.2 基于蒙特卡洛方法的 LED 模拟理论基础  30-33
  3.3 LED 芯片的取光分析与模拟  33-35
  3.4 实验模拟部分  35-46
  3.5 小结  46-47
4 LED 封装的光学模拟与设计  47-69
  4.1 引言  47
  4.2 一次光学模拟与设计  47-58
  4.3 实现均匀照明的透镜设计  58-62
  4.4 实现准直功能的透镜设计  62-67
  4.5 多颗 LED 芯片的阵列  67-68
  4.6 总结  68-69
5 LED 及球泡灯的性能测试与分析  69-79
  5.1 引言  69
  5.2 单颗 LED 封装芯片的测试方法  69-72
  5.3 LED 球泡灯的测试方法  72-73
  5.4 大功率 LED 模块在热冲击条件下的实验分析  73-78
  5.5 小结  78-79
6 总结与展望  79-81
  6.1 全文总结  79-80
  6.2 展望  80-81
致谢  81-82
参考文献  82-88
附录攻读硕士期间取得的研究成果  88

大功率LED及其灯具的光学研究

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