光学模型的层压远程磷电影在白光LED及其应用

文摘

基于米氏散射和蒙特卡罗光线追迹方法,光的传播过程在偏远的磷电影是描述和红色和绿色的光学模型层压磷电影了。磷电影的光致变色性质研究了TM-30-15北美照明协会提出的方法。调查揭示,单层的归一化互相关磷膜之间的光谱功率分布模拟和实验结果大约是99%,和色坐标的偏差在0.01。基于单色荧光光学模型,我们建立二色的红色和绿色的光学模型层压磷膜层形成白光和可以预测它的颜色性能。实验结果表明,层压磷的归一化互相关电影之间的光谱功率分布仿真和实验大约是97%,和红色和绿色的光学模型层压磷电影可以准确地预测该指数和 。当红色和绿色磷质量比0.05:0.5,模拟颜色是最优的,达到90,达到100,其相应的实验值= 90,= 101。

1。介绍

白色发光二极管(wled)已经被广泛接受,但不限于,其节能、环保、安全、和可靠性(1,2]。然而,LED灯不是自然光线通常颜色较低质量和使我们很不舒服。High-light-efficiency但low-color-quality wled通常不满足人们的需求,和传统的蓝光激动人心的黄色荧光粉缺乏红色光谱,显色性能低。目前,红绿磷兴奋通过蓝色LED可以显著提高其谱饱和度和颜色性能(3,4),但设计过程中红、绿、蓝颜色需要大量的实验和耗时。针对这些,我们打算预测WLED通过构建红色和绿色的颜色性能远程荧光粉层压膜模型实现有效降低分辨率呈现白光LED。一方面,远程磷电影应用于白色led可以保持他们远离热源的芯片和提高磷的可靠性;另一方面,它可以提高白光LED的颜色均匀性,和叠层远程电影之间的再吸收效应可以有效地避免红色和绿色的电影。

由于组颜色样本不足,传统的显色指数(CRI)有时收益率不准确的预测色彩保真度(5,6]。照明工程协会(IES)最近开发的前辈们TM-30-15方法。99年与国际相比,TM-30-15有一组真实的颜色样品和颜色空间更均匀7];需要颜色富达( )和色饱和度( )量化颜色渲染性能。该指数 ,与中国国际广播电台指数是一个数值描述相似的颜色呈现的色彩保真度测试源和参考光源。如果没有颜色发生改变,将于100年的最大值。与此同时,是一个颜色范围措施评估照明对象的浓度的变化,如果没有浓度的变化,将得到100分。

目前,中国国际广播电台总是用来评估WLED的颜色性能和最优光谱WLED通常是通过一个程序的条件下最大化l CRI上面比较高的值(8- - - - - -11]。然而,这些研究缺乏实验数据来验证模型和几人TM-30-15方法评估和优化WLED的颜色性能。在本文中,我们将介绍光学模型的红色和绿色荧光粉电影基于米氏散射(12,13和蒙特卡罗光线追踪14,15],可以模拟WLED的颜色表现在不同磷浓度,评价模拟TM-30-15频谱的方法,然后通过实验验证它。

2。实验

制造磷电影、红色或绿色磷光(由(婆婆)与有机硅混合(由国民党)及其折射率为1.41。发射光谱的高峰值的红色和绿色磷光655 nm和535 nm。混合物分散在0.2毫米厚的金属垫片。为了控制磷膜的厚度,另一个相同大小的金属滑动是按间隔。腌制1小时后,这两个金属幻灯片被移除,使磷电影和拿出10毫米直径与不同浓度的电影。pms - 80的可见光谱分析系统从光电子学是用来测试白色led的颜色参数,和莫尔文NANO-ZS激光粒度分析仪是用于分析荧光粉的粒度分布。这些测试在室温下进行。

3所示。模型和结果

3.1。Chip-on-Board光源

蓝色LED芯片的照明中心chip-on-board(棒子)光源及其维度0.36毫米×0.71毫米×0.11毫米。在实验中使用的芯片是一个水平结构和蓝光是随机发出的表面活性层。作为显示在图1(一)主体结构简化:P-layer (P-GaN),活跃层(发光),N-layer (N-GaN),蓝宝石(氧化铝)层。

每一层的材料参数如表所示1。

图1 (b)是一个原理图显示的安排六个蓝色LED芯片衬底上形成一个结实的光源。在每一层的材料参数基础上,使用蒙特卡罗光线追踪方法模拟光源照明,光强度分布的仿真和实验对比如图2。图2表明光强分布与传感器的分布是一致的: 在哪里正常的光强度和吗θ光之间的夹角,正常。

健身之间的仿真和实验分析了归一化互相关(NCC)。NCC由以下给出。

的和模拟和实验在射线角光强度值吗 ,和和的平均值吗和 ,分别。NCC值接近1时,健身之间的高仿真和实验。NCC计算值的光强度分布的实验和仿真达到99.72%,这表明所构造的光学模型能够准确地描述实际光源的光强分布。图3是一个模拟和实验的比较蓝色光源的光谱分布。

根据NCC公式,棒子的光谱分布的相关系数仿真和实验达到99.91%,表明两条光谱曲线适合和模拟颜色坐标(0.1521,0.0282)非常接近实验颜色坐标(0.1522,0.0281)。

3.2。磷模型基于米氏理论

一个磷粒子,米氏散射的散射行为可以被描述。当强度和非偏振光的波长λ是照亮,散射光强度在散射角θ可以如下所示16- - - - - -18]: 在哪里和散射振幅函数和吗是波数。散射截面,灭绝截面和吸收截面的单粒子可以表示如下。

当一个毁灭性的磷颗粒聚合、散射和吸收可以表示如下。 的 , ,和是吸收系数、散射系数、消光系数,分别和N是单位体积的粒子数。计算粒子的浓度N基于测量颗粒大小如图4(D50 = 17.2μ米绿色磷光,D50 = 7.6μ米红色磷光),按照下列公式计算: 在哪里 荧光粉颗粒直径和吗 的体积分布对应的粒子直径,分别。

3.3。单层磷电影模型

图11显示了荧光粉的光传播电影和描述一些现象发生在单色层包括两个过程:第一个过程是蓝色激发光的发射和传输。蓝光的一部分是由磷吸收的电影,和蓝色的光散射的另一部分磷膜层中的渗透。第二个过程是基于吸收的蓝光电影第一层过程排放长波长吸收绿光或红光和能源强度可以由以下计算。 和荧光粉的激发和发射光谱,通过实验测量(见图5)。

图6显示了磷膜放置在蓝光穗轴源的实验框架,这是一个空心圆柱的高度4毫米和25毫米的半径和表面漆成黑色。

图7显示了准备绿色电影。基于上述光学模型,绿色磷光电影磷和硅树脂的质量比为0.4:1、0.5:1、0.6:1和0.7:1可怕地模拟和结果如图所示8。

根据仿真和实验中,模拟结果与实验光谱分布吻合较好,相关系数达到99%。表2显示相关的颜色坐标计算相应的频谱。

比较模拟的结果和实验颜色坐标,我们发现不同浓度的色度坐标的误差仿真和实验仿真之间在0.01,表明绿色磷光薄膜光学模型建立成功。

红色荧光粉膜的光学模型建立了同样的上述绿色磷光电影模式。红色电影质量比为0.05:1、0.1:1、0.15:1和0.2:1(见图9)。图10显示了不同磷浓度的模拟与实验谱一致,和相关系数均在99%以上。根据其光谱分布,其相应的颜色坐标计算,如表所示3。

相比颜色协调仿真和实验,结果之间的不同浓度的色度坐标偏差在0.01表明仿真和实验模拟的红色磷膜光学模型是合理的。

3.4。双层磷电影

基于上面的红绿单层磷电影的光学模型,我们建立了一个红绿叠层磷电影的光学模型。实验和仿真进行了通过将绿色磷光电影的红色磷光电影缓解再吸收绿光。

如图11双层荧光粉的光传播电影有四个过程:描述的第一个过程是蓝色LED发出蓝光的红色和绿色磷膜层,一些蓝光红色和绿色荧光粉的吸收,剩下的蓝色光分散或渗透的膜层;第二个过程是基于吸收的蓝光第一过程激发的红色荧光粉发出红光;第三个过程是基于吸收的蓝光第一过程发出绿色的光,和绿灯将分散的一部分,渗透的膜层,而另一个绿灯的一部分将被红色荧光粉吸收;第四个过程是基于绿色光吸收的红色磷在第三个过程中,红灯会分散和渗透的膜层。

为了有效地获取白光,不同浓度的红色和绿色的颜色分布叠层远程分析了磷蓝光电影兴奋的实验。图12上面显示的颜色坐标分布绿色电影与不同浓度的红色电影磷和硅树脂的质量比为0.05:1、0.10:1、0.15:1、0.20:1。

当红色荧光粉膜的质量比是0.05:1,任何上述绿色磷光蓝光电影兴奋的结合,它将发出白光和色度坐标接近黑体线。当其他浓度的红色磷光电影结合绿色磷光的电影,它会发出红色的光和色度坐标是远离黑体线。因此,我们选择一个红色磷光电影磷和硅树脂的质量比为0.05:1,模拟不同浓度的绿色磷光的电影。图13是一个比较光谱仿真和实验的比较与红绿红绿叠层磷电影的质量比率:0.4磷和硅0.05,0.05:0.5:0.6 0.05,和0.05:07分别。

图13显示了模拟和实验的比较光谱功率分布,相关系数NCC达到97%,表明所建立的光学模型,层压磷电影是有意义的。模拟的可能错误可能是由于重吸收绿光的红色磷光。图14显示了中国国际广播电台的模拟和测量值的比较 。中国国际广播电台的最大模拟值达到96,而实验结果是98:0.5 0.05的集中度。由于TM-30-15的严格的原则,值可以低于中国国际广播电台和仿真结果达到90,而实验值达到92:0.5 0.05的集中度。图15显示了模拟和实验值之间的误差。最大的国际模拟和测量值之间的误差达到4时最大误差值达到2,表明所建立的预测模型值比CRI值更准确。

图16显示的模拟和测量值的比较和基于TM-30-15方法和模拟的结果和适合测量值,这表明所建立的模型可以预测磷涂层的光谱WLED和和根据模拟值可以计算出精确的光谱。当红色和绿色磷的质量比是0.05:0.5,仿真结果是最优的= 90,= 101。

4所示。结论

本研究建立了光学单层磷电影基于米氏散射理论的模型和模拟的光致发光过程磷电影基于蒙特卡罗光线追迹方法,以及计算和测量的相关系数NCC社民党达到99%,这表明仿真结果很适合的实验。基于单色磷电影的模型,我们建立了红色和绿色的模型层压磷电影和模拟和实验结果之间的相关系数NCC达到97%,表明所建立的模型是合理的。然后我们使用更加科学和严谨TM-30-15颜色评价方法与国际评估颜色性能相比,实验结果和模拟结果匹配。自从TM-30-15已经比国际颜色样本,我们发现建立模型预测更加精确值比CRI值和红绿叠片的光学模型建立远程磷电影可以准确预测和基于TM-30-15值方法。当红色和绿色磷的质量比是0.05:0.5,仿真结果是最优的= 90,= 101。通过本研究,我们可以预测的颜色表现WLED WLED和提高设计效率。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了中国国家重点研发项目(格兰特数字:2016 yfb0400600, 2016 yfb0400605),江苏省自然科学基金(批准号:BK20171128)和江苏省科技成果转化(批准号:BA2017100)。作者要感谢张n和朱中州深刻的技术建议和有用的支持。

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