LED光源高效出光结构设计与制造

It aims to solve the key scientific problems in the design and manufacturing of functional surface structure involved in the high-efficient and high-power LED modules.To solve the technical bottleneck of the actual demand of high value-added LED lightning market, the project will study the mechanism of action of the functional surface structure applied to the high power LED modules, and detailedly explores the design of functional surface structure with high luminous flux, muilty scale functional structure manufacturing and morphology characterization of these structures.This project will detailedly study the high-power LED module in the light surface functional structure of the coupling mechanism and the structure - function - process mapping rule. On the basis of the rules, the digitized active design theory of the LED light source module in the light surface functional structure will be developed. Combined with light source module standardization, high-quality white light technology, system design, etc, the project aims to develop a new type LED chip with high light output efficency structure and systematized light source with independent intellectual property rights. And finally promote the development of the LED industrial technology and economic.

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。

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。