分析蒙特卡羅法在白光LED熒光粉層設(shè)計中的應(yīng)用
作為一種新型的發(fā)光體,LED自誕生以來就倍受照明界關(guān)注。特別是進入21世紀后世界面臨嚴重的能源、環(huán)境危機,這就迫切需要改進現(xiàn)有的照明設(shè)備,提高其效率。而LED具有電光效率高、體積小、壽命長、電壓低、節(jié)能和環(huán)保等優(yōu)點,是未來最重要的照明器件之一。LED與傳統(tǒng)的白熾燈、日光燈相比,在電光效率、壽命上占有絕對的優(yōu)勢,一旦在成本、光效上取得突破,其前景將不可限量。而且由于LED出射光線的相對集中性和發(fā)散角的狹小性,使得其在汽車前照燈、手機的背光照明、光顯示、交通燈、信號燈等領(lǐng)域的應(yīng)用前景遠遠大于普通光源。
提升白光LED光效的方法主要有兩種,即基底的藍光芯片自身的光效提升和熒光粉層激發(fā)光效的提升。本文主要討論熒光粉層激發(fā)光效的提升方法。熒光粉層的光效關(guān)鍵因素之一在于熒光粉轉(zhuǎn)換效率;另一關(guān)鍵因素在于粉層自身參數(shù),如熒光粉層厚度、散射參數(shù)、吸收參數(shù)等所決定的光輸出效率。所以,提高熒光粉層的光效也是提高白光LED光效的重要保證。
通過改變熒光粉層的熒光粉的粒度、用量、涂覆位置、形狀、固晶位置等參數(shù),不但會影響光效,而且會改變顏色參數(shù)以及空間光強分布。熒光粉層諸參數(shù)之設(shè)定決定了該白光LED的色溫Ra值。
為了改善傳統(tǒng)LED出射光角度狹小,光強隨角度變化迅速衰減,光譜空間分布不均,邊緣存在嚴重偏色等問題,必須改進LED封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計。近年來出現(xiàn)了不少新型的封裝,對于改善LED出射光的分布起到了較好的作用。為了更好地設(shè)計外層的環(huán)氧樹脂封裝結(jié)構(gòu),勢必要對熒光粉層出射光的分布作進一步的研究和優(yōu)化。
對于任何函數(shù),只要在其取值區(qū)間內(nèi)均勻地取足夠多的樣品(樣品越多、相關(guān)系數(shù)越低,即隨機性越好則結(jié)論越準確),就能得到接近于其期望值的結(jié)果。按照統(tǒng)計原理,在樣品達到無窮多時,函數(shù)累計平均的結(jié)果就是其期望值。也就是在無窮多時,實現(xiàn)了事件過程的完全重演。而正因為大多數(shù)的現(xiàn)象都可以歸結(jié)為函數(shù)的集合,所以蒙特卡洛估計原理為模擬現(xiàn)實世界中的各種現(xiàn)象提供了可能性。但正如其方法本身所言,如果要得到比較準確的結(jié)果,就必須對大量的數(shù)據(jù)進行模擬。所以在計算機技術(shù)還很落后的過去,要對大量的數(shù)據(jù)進行人工采樣幾乎是無法實現(xiàn)的,即使進行了這樣的嘗試也會因為數(shù)據(jù)量達不到隨機模擬的精度要求而失敗。因此,蒙特卡洛方法也一直被人們忽略。直到計算機技術(shù)取得了突破性進展之后,人們才有可能通過計算機獲取足夠的數(shù)據(jù)采樣,得到精度有保證的預(yù)測結(jié)論。
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