兼具高效发光和电荷传输特性的有机半导体是实现有机电泵浦激光的理想候选材料，但其分子设计与合成面临着巨大挑战。高载流子传输和高效固态发光效率之间存在着天然的矛盾，这是因为高载流子传输要求分子紧密堆积并具有强的分子间相互作用，但这种相互作用会显著降低固态发光效率。本文综述了近年来报道的兼具电荷传输特性和高发光效率的联苯衍生物的研究进展，重点介绍了约20余种基于联苯衍生物的有机半导体材料，包括分子的设计策略、相关的光电性能及其在光电器件方面的应用，为兼具高电荷传输特性和高发光效率的有机半导体材料的研究提供了指导和借鉴，同时为发展与实现有机电泵浦激光奠定了材料基础。本文还对该领域未来发展的挑战、方向及机遇进行了简单评述。

为了提高发光二极管（LED）的发光效率, 在LED出光面放置金属光栅, 采用时域有限差分法进行了理论分析和模拟计算。结果表明, 对光栅优化后, 金属光栅对波长460nm的透射率接近1, 可提高LED的光提取效率;在此波长下, 可同时激发局域表面等离激元和表面等离极化激元, 有助于提高LED内量子效率; 且具有金属光栅结构的LED的发光效率是仅在出光面放置一层Ag薄层的LED的30倍。该研究为未来制备高发光效率的LED提供了理论指导。

已有用蓝光发光二极管（LED）激发绿橙双色荧光粉的荧光粉涂覆型白光LED的中视觉发光效率最大化光谱优化问题，目标函数为最大化多个亮度水平下的平均中视觉发光效率，该优化模型是对相关色温（CCT）进行离散穷举，仅能获得固定色温下不同亮度水平的平均中视觉发光效率最大值。为了在不同亮度水平下获得最大中视觉发光效率，提出了一种目标函数简单的非线性约束优化模型，同时将CCT作为在一定范围内变化的优化参数。实验结果表明，该模型可以在满足显色指数、色彩保真度和给定中视觉亮度水平的要求下，获得最优的LED光谱，真正实现在指定亮度水平下中视觉发光效率最大化的目的。

机载环境的复杂多变, 对机载显示在重量、亮度、分辨率、散热等方面提出了很高的要求。Micro-LED技术存在红光LED和绿光LED内量子效率低下、器件热传递效率低下、驱动方案难以解决等问题, 因此Micro-LED的技术成熟度还不能够满足机载显示对主显示及微型显示器件的高要求。但是, Micro-LED具有高亮度、高分辨率、高像素密度等LCD和OLED不可比拟的优势, 有望用于机载环境下的平视显示仪、主显示等应用场景。本文综述了Micro-LED的研究进展, 提出了Micro-LED亟待解决的技术问题, 探讨了相关技术问题可能的解决方向以及Micro-LED在机载上的应用前景。总之, Micro-LED的轻质、高亮度、高分辨率等特性足以满足机载显示在重量、亮度、分辨率等方面的高要求。理论上, 由于Micro-LED具有优异的显示特性, Micro-LED显示技术将会成为机载显示极具优势的新型显示技术。

固态照明作为第四代照明光源因其高效、环保的优势在近30年来得到了飞速发展, 广泛应用于各种场景(例如汽车大灯、投影显示、工业生产和远距离照明)。而大功率、高亮度的白色发光二极管(W-LED)及激光照明技术对颜色转换材料的服役稳定性提出了新的要求, 荧光陶瓷以其能承受高功率激发密度的独特优势应运而生。本文综合评述了固态照明/显示用荧光陶瓷的最新研究进展, 阐明了光源的评估标准, 总结了白光及几种单色发光荧光陶瓷在大功率照明和投影显示领域的发展和应用。并阐述了荧光陶瓷中光提取效率、显色指数(CRI)和相关色温(CCT)的提升策略, 讨论了激光照明中的发光饱和与发光均匀性问题。最后对荧光陶瓷在固态照明/显示应用中的前景和挑战进行了展望。

基于硅基光源且与CMOS工艺兼容的全硅光电生物传感器, 其光源低发光效率导致检测低灵敏度, 尚不能大规模应用。对此, 文中研究了多晶硅PN结级联光源及新型全硅光电生物传感器, 包括PN结级联的多晶硅光源的发光机制、波导传输机理、波导生物检测技术。研制的多晶硅PN结级联光源发光效率高达4.3×10-6, 可与波导高效耦合。仿真表明, 波导检测区域介质折射率在1.33~1.73之间变化时, 介质折射率增加使得光能量更少回到波导内芯, 波导内芯传输光强随介质折射率增加而下降, 通过光强变化实现介质折射率传感。

设计了用于发光二极管(LED) 微显示器折射率匹配层结构, 可以提高LED 微显示器的光学性能。倒装结构的LED微显示器出光面为蓝宝石(折射率约1.76), 它和空气的折射率(约为1.0)相差较大, 会有很大一部分光因为全反射而反射回器件内部被吸收, 导致器件的光效率降低。本文通过涂敷折射率匹配层硅胶(折射率约1.41～1.53)的方法, 改变器件表层的折射率使其和空气的折射率相匹配, 增加光逃逸锥角, 从而提高器件的光效率。结果表明涂敷硅胶可以提高光效率约25.75%, 在涂敷硅胶基础上盖玻璃片(折射率约1.47)可提高光效率约32.78%, 且硅胶涂敷前后器件的电学、光学、结温稳定性好。尽管增加的是侧方向的光通量, 但是其光效率的增加为高效率LED微显示的实现提供了参考依据。

目前与互补金属氧化物半导体工艺兼容且具有高发光效率的硅基光源的制作技术尚不成熟,针对这一问题,研究了一种新型多晶硅发光器件。首先研究了该结构在反偏电压下可能存在的各种雪崩模式(带间跃迁、轫致辐射、空穴在轻和重质量带之间的带内跃迁、高场条件下的电离和间接带间重组),对不同雪崩模式下的发光机理进行了理论分析;然后研究了器件内部的空穴和电子在反偏电压下的漂移及扩散情况,指出载流子注入增加了参与雪崩倍增过程的载流子数量,进而使碰撞电离率提高;最后对器件的电场、光谱、电流与光强等数据进行分析,对量子效率和光电转换效率进行计算,验证了所研究结构通过载流子注入实现了碰撞电离率的提高,进而实现了发光效率的提高,其中量子效率为5.9×10 -5,光电转换效率为4.3×10 -6。

为研究超高速碰撞2A12铝板产生的热辐射演化特征, 构建了超高速碰撞产生热辐射的测量系统。采用实验测量与理论计算相结合的方法, 得到了相近碰撞速度（约3 km/s)、不同弹丸入射角度（弹道与靶板平面的夹角)下的闪光辐射强度、闪光辐射温度、光谱辐射能量、辐射源面积及发光效率的演化过程。结果表明: 闪光辐射强度、闪光辐射温度及光谱辐射能量均呈现急剧上升后缓慢衰减的特征, 并且随着弹丸入射角度的增加而减小; 在闪光辐射温度达到峰值后辐射源面积继续上升; 弹丸入射角度越小发光效率越高, 实验中发光效率数量级为10-5。

为提高OLED出光效率，在OLED基底上设计锥状微结构阵列，通过几何光学和光线追迹方法分析了锥状微结构对OLED出光效率的影响。结果表明：锥状微结构阵列最大可以提高60%的出光效率；锥状微结构阵列的占空比、材料折射率和坡度角对出光效率有较大影响；锥状微结构阵列不会改变OLED的辐射角，且有一定的聚光作用。结果为提高OLED出光效率提供一种新的参考和方法。