LED光源高效出光结构设计与制造

本项目对高效光学功能结构的设计，制造及应用展开研究。提出了有限时域差分(Finite Difference Time Domain, FDTD)和光线追迹(Ray Tracing, RT)协同算法，通过该算法对包含微观和宏观尺度的光学结构进行协同设计与优化。利用坡印廷矢量作为桥梁参量，将FDTD的数据成功地导入RT方法，实现两FDTD方法和RT方法的结合，研究分析了FDTD和RT协同算法中数据转化过程中数据点丢失的原因，修正因数据丢失造成的转化差异和失真，提出了矩阵坐标与极坐标能量分布的转换方法，分析网格精度对于协同计算结果准确程度的影响，在尽可能获得高精度的计算结果的同时提高计算效率，确定协同算法的计算参数。在提升LED出光效率方面，利用精密磨切方法制备表面多尺度强化出光结构，用于提升集成封装LED器件的出光效率；在改善LED光色分布均匀性方面，利用自由填充法制备表面具有多尺度图形化结构的强化散射薄膜，用于改善远程荧光粉光源的光色分布均匀性。 2100433B

以解决高效大功率LED模块所涉及的表面功能结构设计与制造关键科学问题为目标。针对高附加值LED照明市场增长的实际需求以及制约大功率LED模块应用的技术瓶颈，研究表面功能结构在大功率LED模块上的作用机理，重点研究高效出光表面功能结构主动设计及高效多尺度加工工艺，并建立数字化表征模型。深入研究大功率LED模块的光表面功能结构的耦合作用机理及结构-功能-工艺映射规律，并在此基础上开发LED光源模块光表面功能结构的数字化主动设计理论。结合光源模块标准化、高品质白光工艺、系统设计等方面，研发具有自主知识产权的新型高效表面出光结构的LED芯片、器件及系统化照明光源。并最终促进整个LED产业技术升级以及经济发展。

1、LED点光源KTV内景装饰应用：

2、LED点光源招牌应用效果：

LED光源作为新一代光源，与白炽灯、高压钠灯等传统热辐射和气体放电光源相比，有着很大的不同，当前的LED光源在照明方面具有以下一些优点：

(1)体积小

LED光源与传统光源相比体积小、重量轻，可以制作成各种形状的器件，便于各种灯具和设备的布置与设计，适应性强，适用范围广。

(2)环保性能好

由于LED光源在生产过程中无需添加金属汞，因此LED废弃后，不会造成汞污染，且其废弃物几乎可以全部回收利用，不仅节约了资源，还保护了环境。

(3)安全稳定

LED光源使用低压直流电就可以驱动，一般供电电压在6~24V之间，因此安全性能比较好，特别适用于公共场所。另外在外界环境较好的条件下，LED光源比传统光源的光衰小、寿命长，即使频繁开关，也不影响其使用寿命。

(4)抗震、抗冲击性能好

LED光源的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，在结构上没有玻璃外壳，不需要像白炽灯或者荧光灯那样在灯管内抽成真空或冲入特定气体。因此，LED光源的抗震、抗冲击性能良好，给其生产、运输、使用各环节带来了便利。

(5)指向性强

与传统光源相比，LED光源发出的光线是定向的，从LED发出的大部分光线能直接射向被照面，利用率远高于传统光源。

(6)响应时间快

白炽灯的响应时间为毫秒级，LED光源的响应时间则为纳秒级。因此，广泛应用于交通信号及汽车信号灯领域。

(7)发光效率较高

随着LED照明技术的发展，LED光源的发光效率已经由原来的不到10lm/W提高到100lm/W以上，且其发光效率仍有较大提高的潜力。

(8)光色丰富

LED光源通过改变电流、化学修饰、单色光混合等方法，可以实现可见光波段各种颜色的发光和变色，即使对于白光LED也可以制作成各种色温的光源。因此，在室内装饰照明和景观照明中具有明显的优势。

(9)无闪烁、无紫外线

LED光源采用的是直流供电，发光稳定不闪烁，且光谱主要集中在可见光区域，基本无紫外线或红外线辐射的干扰，从而可以避免频闪效应带来的不利影响，提高人眼舒适性。

(10)亮度可调性好

根据LED光源的发光原理，LED的发光亮度或输出光通量基本随电流正向变化。而其工作电流在额定范围内可大可小，具有良好的可调性，为LED光源实现按需照明、亮度无级控制奠定了基础。

正是因为LED光源具有以上传统光源无法比拟的优势，因此LED光源成为各国照明事业发展的重点和方向。传统光源。