分析蒙特卡罗法在白光LED荧光粉层设计中的应用

作为一种新型的发光体，LED自诞生以来就倍受照明界关注。特别是进入２１世纪后世界面临严重的能源、环境危机，这就迫切需要改进现有的照明设备，提高其效率。而LED具有电光效率高、体积小、寿命长、电压低、节能和环保等优点，是未来最重要的照明器件之一。LED与传统的白炽灯、日光灯相比，在电光效率、寿命上占有绝对的优势，一旦在成本、光效上取得突破，其前景将不可限量。而且由于LED出射光线的相对集中性和发散角的狭小性，使得其在汽车前照灯、手机的背光照明、光显示、交通灯、信号灯等领域的应用前景远远大于普通光源。

提升白光LED光效的方法主要有两种，即基底的蓝光芯片自身的光效提升和荧光粉层激发光效的提升。本文主要讨论荧光粉层激发光效的提升方法。荧光粉层的光效关键因素之一在于荧光粉转换效率；另一关键因素在于粉层自身参数，如荧光粉层厚度、散射参数、吸收参数等所决定的光输出效率。所以，提高荧光粉层的光效也是提高白光LED光效的重要保证。

通过改变荧光粉层的荧光粉的粒度、用量、涂覆位置、形状、固晶位置等参数，不但会影响光效，而且会改变颜色参数以及空间光强分布。荧光粉层诸参数之设定决定了该白光LED的色温Ra值。
为了改善传统LED出射光角度狭小，光强随角度变化迅速衰减，光谱空间分布不均，边缘存在严重偏色等问题，必须改进LED封装结构的设计。近年来出现了不少新型的封装，对于改善LED出射光的分布起到了较好的作用。为了更好地设计外层的环氧树脂封装结构，势必要对荧光粉层出射光的分布作进一步的研究和优化。

对于任何函数，只要在其取值区间内均匀地取足够多的样品（样品越多、相关系数越低，即随机性越好则结论越准确），就能得到接近于其期望值的结果。按照统计原理，在样品达到无穷多时，函数累计平均的结果就是其期望值。也就是在无穷多时，实现了事件过程的完全重演。而正因为大多数的现象都可以归结为函数的集合，所以蒙特卡洛估计原理为模拟现实世界中的各种现象提供了可能性。但正如其方法本身所言，如果要得到比较准确的结果，就必须对大量的数据进行模拟。所以在计算机技术还很落后的过去，要对大量的数据进行人工采样几乎是无法实现的，即使进行了这样的尝试也会因为数据量达不到随机模拟的精度要求而失败。因此，蒙特卡洛方法也一直被人们忽略。直到计算机技术取得了突破性进展之后，人们才有可能通过计算机获取足够的数据采样，得到精度有保证的预测结论。