白光LED因具有环保、成本相对较低、效率高等优点,已逐渐在各个照明领域得到了广泛应用。由于不同照明领域对白光光源光色性能的要求不同,白光LED光谱的针对性调控研究就成为了研究者关注的热点问题。目前白光LED的主流封装方式是通过Ga N蓝光LED芯片激发荧光材料实现的,其中荧光材料在白光的实现过程中扮演着至关重要的角色,荧光材料的性能直接决定了最终白光LED器件的光色性能。因此如何通过白光LED配色调控及发光材料微观结构优化来实现白光LED输出光性能的提升就成为了一个重要的研究课题。本研究针对植物照明、大功率照明等领域对白光LED光色性能的不同需求,通过建立基于蒙特卡洛算法的白光LED光谱调控模型,指导白光配色方案的设计,并基于配色方案对荧光材料散射特性以及微观结构进行针对性调控。具体研究内容如下:1.为了可以更有效促进植物的生长发育,植物照明领域应用白光LED光谱应具备光谱连续性、高显色指数等特点。在这项工作中为了提高植物照明用白光LED在蓝光和红光两处波段的表现,获得有利于植物高效生长的白光LED封装方案,提出了利用双芯片和Sr0.8Ca0.12Al Si N3:0.08Eu2+和Y3Al3Ga2O12:Ce3+（YAGG）红绿双色荧光粉组合来获得白光光谱的方案。首先基于双芯片激发双荧光粉的LED封装结构,运用光学设计软件建立了白光LED的光谱调控模型;然后在模型中通过调控红、绿荧光粉体积分数比获得了不同发光特性的白光光谱,并在其中筛选得到了具有高红光显色性的白光LED封装方案;最后,基于光谱调控模型获得的优化封装方案,获得了蓝光LED双芯片封装器件（CCT=4000K,Ra=91.2,R9=96.1,R12=78.9,LER=126lm/W）,相关光学性能参数测试表明,相比于传统单蓝光LED芯片封装模式,蓝光双芯片封装可以有效提升器件的R9和R12。研究结果确定了光谱调控模型在LED配色方案的优化设计中的重要指导作用。2.高热导率荧光玻璃材料在大功率白光LED封装中展现了良好的应用前景。本工作以YAG荧光玻璃为研究对象,通过建立LED激发光源与YAG荧光玻璃的光学模型,研究了荧光玻璃内部气孔特性以及荧光粉的浓度对大功率白光LED器件最终发光性能的影响规律。本研究采用蒙特卡洛光线追踪法对荧光玻璃中光子的随机传输过程进行了模拟,通过调控荧光玻璃层中YAG的荧光粉浓度以及气孔的孔隙率实现了对白光LED光谱的调控。光学仿真数据表明荧光玻璃内部的气孔数量对出射光的光学特性有着重要影响,适量的气孔会影响蓝光的散射路径使其对更多的荧光颗粒进行激发从而增强荧光玻璃的发光效率,气孔太少会导致激发蓝光直接穿过荧光玻璃而只被少量荧光颗粒所吸收,过多的气孔会导致荧光玻璃中大部分荧光颗粒无法被有效激发。3.本工作研究了YAG荧光玻璃薄膜制备工艺、微观结构和光学特性之间的内在联系,通过温度调控工艺实现了荧光玻璃薄膜内部气孔的可控制备,并同时建立了气孔特性与白光LED发光性能之间的联系。本研究首先结合荧光薄膜烧结技术,分别在700、750、800、850、900℃的煅烧温度下制备了YAG基荧光玻璃薄膜,然后利用紫外分光光度计和光电测试系统测试了所制备荧光玻璃薄膜样品的透过率和其在450nm蓝光激发下合成白光光谱的性能参数,最后通过各样品的性能对比,确定了YAG荧光玻璃薄膜的最佳合成工艺。本工作实验结果与前期仿真结果相一致,进一步证明了蓝光LED芯片和荧光玻璃仿真模型的可靠性。4.针对白光LED,单一YAG荧光玻璃薄膜的应用存在着显色指数较低的问题,本研究基于光学仿真模型,采用YAGG:Ce3+基绿色和Ca Al Si N3:Eu2+基红色双层荧光玻璃的封装方式,实现了大功率白光LED显色指数的提升。本工作详细研究了双层荧光玻璃的膜层顺序以及荧光玻璃内部荧光粉含量对白光LED光学性能的影响。仿真结果表明蓝+绿+红封装模式的光效高于蓝+红+绿封装模式,而蓝+红+绿封装模式的显色指数则高于蓝+绿+红封装模式。在蓝+红+绿封装模式下,通过控制绿粉体积分数为37-40%,红粉体积分数为11-14%,可以得到色温范围为4802K-3879K,显色指数高达92的白光LED模型。