半导体激光白光照明及配光技术研究

发布时间：2020-05-25 03:58

【摘要】：作为极具发展潜力的固态照明光源,半导体激光白光光源逐渐成为相关领域的研究热点。半导体激光白光光源通常有三种实现形式:多色激光混合,近紫外激光激发RGB三色荧光粉以及蓝光半导体激光激发黄色荧光粉合成白光。其中蓝光激发黄色荧光粉的方法虽然显色性不高,但可满足照明需求,且具有体积小、亮度高、工作周期长及光色稳定等优点,是最有希望产业化的方式。相对传统照明需要使用多个常规光学元件,自由曲面配光设计通常只需一个自由曲面就可轻松实现照明要求,整个照明光学系统具有较小的体积,光损耗变小、出光效率高,可准确控制目标面光型等优势。通过改变局部面型就可改变目标面照明效果,因而具有较高的设计自由度。本文主要针对蓝光半导体激光激发黄色荧光粉的方式,采用自由曲面配光设计,研究半导体激光白光光源在路面照明中的应用,主要研究内容有以下三方面:1.采用TracePro软件模拟分析了荧光粉胶层浓度、厚度、位置及形状对光源光强分布与色度均匀性的影响;当荧光粉胶层为圆片形状、摩尔浓度0.0205 mol/L、厚度0.1mm、距反光罩底部2 mm时,光源出光近似朗伯光强分布且色度均匀度达到0.009527小于人眼能分辨的颜色差异值(0.01);2.为简化透镜设计,将激光白光光源视为“点光源”,将光源与目标面能量均等划分并构建自由曲面透镜,目标面光斑水平照度均匀度Ux=81.88%,垂直照度均匀度Uy=94.12%。3.将激光白光光源代入基于“点光源”设计的自由曲面透镜中,光斑照明效果明显劣化,Ux由81.88%降低到65.31%,Uy由94.12%降低到84.56%。本文将透镜优化问题转化为两个表示目标面光斑照度偏差程度的函数f(x)与g(y)的求解问题,重新划分目标面网格大小,构建新的自由曲面透镜,目标面光斑照度Ux由65.31%提高到81.0%,Uy由84.56%提高到92.89%;并对透镜安装误差进行研究,水平、垂直与转动容差分别为0.15 mm、0.14 mm与0.9°。
【图文】：

白光光源,激光,第一,黄色荧光粉

色激光与黄色荧光粉相互作用，白光是由一部分比例部分比例的荧光粉发出的黄光混合而成。与方法 1 相与白光合成，光光转换时产生的斯托克斯损耗相对更效率；而方法 1 由于不同种类的荧光粉衰减速率具有稳定[16]。方法2的缺点是合成的白光光源只含有黄蓝光所以光源的显色性较差。鉴于以上对白光光源的合成法以及Ⅱ类方法中的 1 法相比，蓝光 LD 激发黄色荧势：1）荧光粉胶体涂覆工艺简单致使白光的制备相对蓝色激光与黄色荧光粉，所以光源的成本较低；3)光荧光粉来提高，这不影响光源的正常使用。基于以上采用蓝光 LD 激发黄色荧光粉获得。白光光源的研究进展半导体激光白光光源诞生。如图 1.1 所示，日本 N合的方式，将 GaN 基半导体激光器输出的蓝光激发黄

变化图,光通量,变化图,驱动电流

日本 S.Saito 等人采用 405 nm 激光激发荧光粉，混色合成的白光光通量达 200 lm［19］。2010 年，韩国仁荷大学 Han－Youl Ｒyu 等人采用 445 nm 蓝色 LD 激发黄色荧光，获得的白光具有较高的光亮度；在 100 mA 的电流注入情况下，白光的出光参数别为光通量 5 lm、发光效率 10 lm/W，且该白光的光色稳定性很高［20］，，图 1.2（a）、b）分别为该白光光源光通量与光效随驱动电流变化曲线图。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN24

【参考文献】