星上LED定标光源可行性研究

发光二极管一直以来还没有被应用于星上定标,本文将针对其用做星上定标光源的可行性进行分析研究。首先针对LED的各项特性逐一进行分析讨论。通过老练试验测量了LED长时间的稳定性;对LED进行了开合实验;讨论了LED的电流特性;针对空间环境下的各种影响,对LED的冷热特性、真空特性、抗辐射特性进行了分析。实验得出 LED持续点燃1200h的衰减量少于1.2% ;发现其开合重复性很好,但存在10到15分钟的不稳定期;改变电流会引起LED发光强度和波长不同程度的变化;温度的变化也同样会给LED的发光强度、正向偏压以及峰值波长带来不同程度的影响;真空状态下,由于传输介质不同,LED的发光强度会有所增加,其封装材料真空挥发产生的影响不大;在抗辐射外壳的保护下,空间辐射对LED发光强度的影响不超过0.5%/year。经过分析讨论,证明将LED应用于星上定标是可行的。     

星上LED定标光源的可行性研究

对发光二极管作星上定标光源的可行性进行了分析研究.测量了LED的工作稳定性,对LED做了开合试验,讨论了它的电流特性.在真空环境下,分析了LED的冷热特性和抗辐射性能.结果表明,LED持续点燃1 200 h的衰减量＜1.2X;其开合重复性很好,但存在10～15 min的不稳定性;改变电流会引起LED发光强度和波长不同程度的变化;温度的变化也同样会影响LED的发光强度、正向偏压以及峰值波长.真空状态下,由于传输介质不同,LED的发光强度会有所增加,但其封装材料真空挥发产生的影响不大;在抗辐射外壳的保护下,空间辐射对LED发光强度的影响不超过0.5%/a.经过分析讨论,证明将LED应用于星上定标是可行的.     

LED光源发光特性连续测试系统的研制

基于运动导轨、多测试工位、计算机控制和LabVIEW软件开发,通过集成多种LED特性测试仪器,开发一套LED光源综合发光特性连续测试试系统,使待测的LED光源依次经过基于光强测试、基于积分球测试和基于光强空间分布测试的3个测试工位,实现LED光源的光、电、色等综合发光特性的自动连续测试。该套系统具有综合、自动、集成、连续、在线的突出优点,大大提高LED测试仪器的集成度和自动化水平,并有助于提高测试数据和结果的可靠性和准确性。     

LED光源光强空间分布特性的快速测试

介绍一种LED光源光强空间分布特性的快速测试方法及装置,具有测试速度快,精度高,信息量丰富,更具有实时性和直观性的显著优点。采用31个光度探测器的多路同步测试方法,取代1个光度探测器多点测试,同时基于PC和LabVIEW开发测试软件,进行LED光源的二维光强空间分布特性的快速测试,测试时间小于0.2s,通过增加LED光源相对旋转机构,也可快速获取LED光源三维光强空间分布立体图。     

基于LED的光谱可调光源结构研究

介绍了一个由大量LED组合而成的光谱可调光源,通过不同LED的组合产生不同光谱分布,可以模拟各种光源。该光源主要由LED屏体、光谱匹配模块以及LED控制驱动模块构成。LED屏体由2 304个窄带LED组成,通过LED数据分配卡将接收到的显示数据进行分配,并驱动屏体上的LED,以PWM的方式精确控制每一个LED的电流,实现256级及以上灰度等级显示。整个系统经初步调试,已能模拟部分光谱。该光源将具有广泛的应用前景。     

远场均匀照明的LED排列设计

为了实现远场的照度均匀性,在已设计的LED平面排列组合的基础上,提出了LED白光照明单元的球面排列设计方法。相比平面的排列,把LED照明单元组合排列在半球形表面,在被照接收面上产生更宽角度的照度分布。并对几种不同排列的LED照明单元进行分析,建立了光学模型和设计方程式,模拟出远场的照度分布情况。结果表明在极限角度内LED球形排列具有均匀广泛的远场照度分布。     

LED器件光强分布测试方法进展

针对LED器件光强分布的测试方法,在传统光源配光曲线的测试原理的基础上,阐述了旋转法、多探测器法测试LED光强分布的方法。由于这些方法存在测试时间长、测量准确度低以及定标繁琐的缺陷,进而介绍了一种新型测试方法及装置,即通过CCD光度探测器接收光强度,经过CCD的光电转换功能将光强度信号转换为电信号,再通过成像系统软件便可得到整个半球面空间内壁的光强图。新的测试方法具有测试速度快、精度高、信息量丰富和直观性的显著优点。     

测绘一号卫星相机的光谱和辐射定标

对测绘一号卫星相机的各个光谱通道进行了光谱定标和辐射定标以验证其光谱辐射性能是否达到设计指标要求。进行光谱定标时,利用单色仪分光谱扫描波长提供准直单色辐射照明,同时同步采集定标图像数据;然后将图像灰度值与已经过校准的参考标准探测器的输出进行比对和数据处理,得到相机各个谱段的相对光谱响应函数曲线,从而进一步获得各项光谱特性参量。辐射定标时,采用近距离面源法充满相机的孔径和视场进行端对端的绝对和相对辐射定标。星上内定标则采用经老炼和筛选过的发光二极管(LED)作为星上定标光源,对焦平面阵列探测器及其成像电路的状态和辐射响应性能变化进行在轨监测,在必要的情况下予以校正。定标结果显示:测绘一号卫星相机的各项光谱和辐射性能均达到了设计指标要求,经过相对辐射校正后响应非均匀性由1.93%下降到0.22%,相机全色谱段信噪比超过90倍,多光谱各通道信噪比优于180倍;发射后在轨星上内定标数据与发射前实验室测试结果的比对显示相机的辐射响应性能未发生明显变化,暂时无须校正。     

板上芯片集成封装的发光二极管结构设计

根据板上芯片(COB)集成封装的结构特点,同时考虑反光杯结构和荧光粉涂敷方式,分析了影响COB封装的发光二极管(LED)发光性能的主要因素.针对反光杯结构的关键要素:反光杯形状、反光杯深度、反光杯角度,优化设计了LED光学结构.通过改变TracePro软件中反光杯的相关参数,模拟了不同LED的光强分布及发光效率,探讨了提高COB封装的白光LED发光效能的途径.最后,在4 mA和12 mA电流下进行了传统荧光粉涂敷方式及荧光粉远离芯片涂敷方式的对照实验.仿真及实验结果表明:采用圆锥形反光杯,反光杯深度在一定范围内略大,且反光杯角度设为30°时,LED发光性能较为优异.与传统封装方法相比,采用荧光粉远离芯片的封装方法可使发光效率提高5％左右.得到的结果对LED封装制造过程有指导意义.     

LED在医学中的应用及展望

结合当今医疗环境对光源的特殊要求,论文对半导体发光二极管(LED)与传统光源进行比较分析;以此为基础,对LED在医用照明、医学治疗和医疗诊断中的工作原理、发展应用现状进行综述;分析了LED在医疗卫生中应用的可行性、优越性及不足;最后,分析讨论了LED在医学应用方面的发展方向和应用前景。     

集成封装发光二极管光提取效率的计算及优化

基于蒙特卡罗方法模拟、计算并分析了芯片类型、大小、间距、数量以及布局对GaN基发光二极管(LED)集成封装器件COB(Chip On Board)能效的影响。计算结果表明:在芯片间距小于200μm且芯片尺寸或布局等参数相同的条件下,正装LED COB的能效最低,其次为倒装LED COB,垂直结构芯片的能效最大。当芯片间距大于200μm,3种LED COB的能效趋向饱和。芯片尺寸增加或数量减少可使正装和倒装芯片COB的能效上升,而垂直结构COB的能效基本保持不变。加入图形衬底可提高同样尺寸或布局的正装芯片COB封装器件的能效,但使倒装芯片COB的能效恶化。分析表明:芯片的侧面出光量占整个芯片出光量的比值以及相邻芯片材料的吸收对3种类型COB封装器件的能效有决定性影响。文中还针对正装芯片COB设计了新型菱形芯片布局,与常规正方形芯片布局的COB相比,其能效提高了6.2%。     

基于多光源的光谱分布可调谐光源系统

针对定标光源和遥感器在轨探测目标的光谱非匹配对空间光学遥感器实验室辐射定标精度的影响,设计了一种基于发光二极管（LED）和基底光源的光谱分布可调谐光源。采用该光源模拟了典型地物目标光谱,用于遥感器的实验室绝对辐射定标,大幅降低了光谱非匹配带来的影响。首先,从理论上分析了光谱非匹配影响遥感器绝对辐射定标精度的机理;然后,根据设计指标确定了光源的设计方案,解决了光源的选型与光谱匹配算法设计、光谱分布可调谐光源驱动和控制系统、目标光谱匹配与光谱反馈调整、光谱分布可调谐光源光机设计等四项关键技术问题;最后,对光源进行了性能测试。测试结果显示：等能光谱和6 000 K黑体光谱的光谱匹配误差分别为6.37%和8.76%,出光口的辐照度非均匀度为0.53%,30 min内的辐照度不稳定度为0.03%,水平方向±30°内的辐亮度角度非均匀度为0.80%,各波长处光谱辐亮度值均高于0.07 W/（m²·sr·nm）,410~900 nm波段积分辐亮度为58.3 W/（m²·sr）,均满足设计指标。     

LED和梯度折射率透镜投影系统光路设计

现有的数字光处理投影(DLP)系统采用色轮和中继透镜等元器件,由此导致投影系统结构复杂。针对现有技术的缺陷,本文设计了一种以三色LED作为照明光源,以梯度折射率透镜形成平行光的新型DLP投影系统。和传统的投影系统相比,减少了色轮、中继透镜、反射镜等元器件,简化了光学系统的结构。借助于Tracepro软件进行了模拟与仿真,对光线追迹的结果进行分析,分析得到整个投影系统的光斑均匀性为96.9%。结果表明本设计使投影系统的光路得到了简化,光斑的均匀性也得到了改善。本设计只需要选择合适的投影镜头,就可以消除LED面光源宽度过大对投影光斑的影响。     

Frequency-domain fluorescence microscopy with the LED as a light source

We describe a frequency-domain lifetime fluorometer based on a microscope and a modulated light-emitting diode (LED) excitation source (370/460 nm), which operates in the frequency range 120 Hz–250 MHz. We collected multifrequency phase and modulation fluorescence responses from cellular areas as small as 10–15 µm in diameter. We also collected fluorescence lifetime data from cells stained by a lipophilic coumarin sensitized europium fluorophore, Coum-Eu, with a millisecond lifetime, and Ru(bpy)₂phe-C₁₂, with microsecond lifetime. Nanosecond lifetimes from native nuclei stained with SYTO 14 and SYTO 16 probes were measured as well. We demonstrate that a simple LED excitation source can, for many applications, successfully replace complex and expensive laser systems, which have been used for cellular frequency-domain lifetime measurements. As the LEDs are very stable with low noise, it will be possible to image even smaller sample areas using brighter LEDs. With availability of modulated LEDs emitting at several wavelengths covering almost the entire visible spectrum it is easy to assemble a system for the fluorophore of choice. The ability to select an excitation source for a given fluorophore and low price make such an excitation source even more practical.     

固态体积式真三维立体显示发光二极管投影光源

针对固态体积式真三维立体显示对高亮度和色温可调的要求,设计了采用大功率、单芯片发光二极管(LED)的投影光源。理论计算了投影光源的亮度,结合液晶光阀对不同波长透过率的影响,对理论设计结果进行了修正。考虑寿命、散热等影响因素,提出了采用大功率红绿蓝LED加白光LED的投影光源方案。针对选取的LED发光特性,采用混合集光方法设计了准直器,并进行了仿真和实际测试。测试结果表明:采用准直器后,LED的发散角从±75°减小为±20°。搭建了真三维显示系统样机,测试其屏前亮度达到149cd/m2,且无闪烁,立体感强,但存在视角较小的问题。实验显示,设计的投影光源满足固态体积式真三维立体显示的要求。     

一种采用LED光源的光电效应测普朗克常数实验装置

针对目前利用光电效应测定普朗克常数的实验装置的不足,提出一种采用LED光源的实验装置。该装置采用谐振腔发光二极管(RCLED)作为单色光源,该光源单色性好,波长稳定,寿命长,驱动简单,不需预热,采用脉冲宽度调制(PWM)方式调节亮度准确方便,从而可以方便准确地验证光电效应实验规律及测定普朗克常数。测试结果表明:本实验装置测得数据比目前实验室采用高压汞灯作为光源的实验装置测得数据更准确。     

Multichip on Aluminum Metal Plate Technology for High Power LED Packaging

Multichip on Aluminum Metal Plate(MOAMP) technology with simple structure and low thermal resistance is developed for effective heat removal of Light Emitting Diode(LED) p-n junction and LED lighting module to have high reliability. The thermal resistance of LED modules was numerical and experimental. Thermal resistance from the junction to aluminum metal plate, considering input power of LED module using MOAMP technology, is 3.02 K/W, 3.23 K/W for the measured and calculated, respectively. We expect that the reported MOAMP technology with low thermal resistance will be a promising solution for high power LED lighting modules.     

用于机载液晶显示的四基色发光二极管背光源

针对机载液晶显示的特殊要求,设计了一种四基色发光二极管(LED)背光源。采用了能单独控制亮度的红、绿、蓝、琥珀等4种颜色的LED,以克服现有滤光片方法带来的夜模式下显示色域大幅下降的问题。在昼模式下工作时,4种颜色的LED同时发光,混合成白光;在夜模式下工作时,关闭红色LED以减少红外辐射,而绿、蓝、琥珀等3种颜色LED工作。计算了夜模式下3种颜色的混合配比。将蓝色LED的混光比例作为固定值代入昼模式下计算得到红、绿、琥珀的配比。仿真设计了采用红、绿、蓝三合一LED和单独琥珀色LED的背光源,分析了它们的性能,并开发了实际样品。测试结果表明:昼模式下,背光模块的发光强度为23 515cd/m2(屏前亮度为1 175cd/m2),非均匀性为8.07%,色域为NTSC(National Television Standard Committee)的116.5%;夜模式下,背光模块的发光强度为15.36cd/m2(屏前亮度为0.77cd/m2),非均匀性为15.49%,色域为NTSC的83.5%,满足机载液晶显示的要求。     

基于发光二极管配光曲线设计自由曲面透镜

针对头盔显示器(HMD)液晶像源的特殊要求,选择了一款小尺寸、高光效的发光二极管(LED)作为背光光源。基于此LED的光强分布曲线,利用非成像光学理论设计了双自由曲面透镜阵列,以期进一步提高背光光效。首先对单个LED设计了3款不同半径的双自由曲面透镜,形成了亮度均匀的圆形光斑。然后对单个透镜进行切割,形成矩形光斑,并用4个矩形透镜拼接成透镜阵列。选择了效果最优的透镜进行了加工和测试。结果表明:与传统的采用两层扩散膜的背光结构相比,采用透镜阵列和两层扩散膜后的背光的光能利用率提高了13.94%,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由37°降低到19°。用设计的透镜及其阵列对LED光源发出的光线进行准直,易形成高亮度的均匀矩形光斑,满足头盔显示器液晶像源背光的要求。