一種基于遺傳算法的led電極結構的優(yōu)化系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及LED芯片電極設計技術領域，尤其涉及一種基于遺傳算法的LED電極 結構的優(yōu)化系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 隨著LED在這照明領域的深入發(fā)展，提高LED芯片的亮度和可靠性越來越重要，水 平結構的LED芯片是目前市場上的主流產品，優(yōu)秀的電極結構能大幅度提高這種芯片發(fā)光 效率和可靠性，因此尋求一種好的電極結構設計方法非常必要。
[0003] 水平結構的LED芯片，電極和和芯片出光面在芯片的同一側，因此電極結構既要 避免電流的叢聚效應，又要減小電極對出射光線的阻擋。目前，市面上已有的電極結構大都 是利用商業(yè)軟件中的有限元的方法來模擬設計的（如：ANSYS等軟件）。這種設計方法需預 先給出圖形，建立模型與電磁場方程，然后計算，根據(jù)結果再對設計的圖形進行修改。這樣 設計的電極結構的效果強烈依賴于預先給定的圖形，及所建立的模型的準確性?？紤]到圖 形的多樣性與準確模型的難以獲得，利用有限元的方法來設計電極存在著缺陷。
[0004] 遺傳算法模擬自然界種生物進化而產生。若將電流類比樹葉內液體輸運，出光類 比光合作用，則LED芯片與樹葉類有許多相似之處，因此利用遺傳算法來優(yōu)化LED電極結構 存在可行性。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于遺傳算法的LED電極結構的優(yōu)化系 統(tǒng)及方法，通過遺傳算法優(yōu)化能獲得綜合性能優(yōu)異的LED電極結構。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下：一種基于遺傳算法的LED芯片電極結 構的優(yōu)化系統(tǒng)，包括分割模塊、初始值賦值模塊、編碼模塊、電極賦值模塊和優(yōu)化模塊，
[0007] 所述分割模塊，用于根據(jù)LED芯片的尺寸大小將LED芯片的表面分割成多個等大 的網(wǎng)格；
[0008] 所述初始值賦值模塊，用于根據(jù)LED芯片中包含的正電極、負電極和非電極的三 種狀態(tài)，并用三種代碼對應所述三種狀態(tài)表示，并選定非電極狀態(tài)，其所對應的代碼統(tǒng)一作 為各個網(wǎng)格中的初始值；
[0009] 所述編碼模塊，用于從分割的網(wǎng)格中選取任一網(wǎng)格作為生長初始點，利用生長規(guī) 則編譯出該網(wǎng)格包含生長信息的編碼串，再根據(jù)所述編碼串的生長信息形成多個電極區(qū)域 塊；
[0010] 所述電極賦值模塊，用于利用隨機數(shù)算法對形成的電極區(qū)域塊進行賦值，將正電 極和負電極對應的代碼寫入相應的網(wǎng)格中代替原網(wǎng)格的狀態(tài)，從而形成正電極區(qū)域塊和負 電極區(qū)域塊，并根據(jù)編碼串的信息計算出正電極區(qū)域塊的邊緣至負電極區(qū)域塊的邊緣的平 均距離；
[0011] 所述優(yōu)化模塊，用于對生成的電極區(qū)域塊進行優(yōu)化計算，利用LED的綜合性能公 式作為適應度，得到最優(yōu)的電極結構：
【主權項】
1. 一種基于遺傳算法的LED芯片電極結構的優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括分割模塊 (1)、初始值賦值模塊（2)、編碼模塊（3)、電極賦值模塊（4)和優(yōu)化模塊（5)， 所述分割模塊（1)，用于根據(jù)LED芯片的尺寸大小將LED芯片的表面分割成多個等大的 網(wǎng)格； 所述初始值賦值模塊（2)，用于根據(jù)LED芯片中包含的正電極、負電極和非電極的三種 狀態(tài)，并用三種代碼對應所述三種狀態(tài)表示，并選定非電極狀態(tài)，其所對應的代碼統(tǒng)一作為 各個網(wǎng)格中的初始值； 所述編碼模塊（3)，用于從分割的網(wǎng)格中選取任一網(wǎng)格作為生長初始點，利用生長規(guī) 則編譯出該網(wǎng)格包含生長信息的編碼串，再根據(jù)所述編碼串的生長信息形成多個電極區(qū)域 塊； 所述電極賦值模塊（4)，用于利用隨機數(shù)算法對形成的電極區(qū)域塊進行賦值，將正電極 和負電極對應的代碼寫入相應的網(wǎng)格中代替原網(wǎng)格的狀態(tài)，從而形成正電極區(qū)域塊和負電 極區(qū)域塊，并根據(jù)編碼串的信息計算出正電極區(qū)域塊的邊緣至負電極區(qū)域塊的邊緣的平均 距離； 所述優(yōu)化模塊（5)，用于對生成的電極區(qū)域塊進行優(yōu)化計算，利用LED的綜合性能公式 作為適應度，得到最優(yōu)的電極結構：
其中，F(xiàn)p F2、B表示電極面積和電流分布在LED綜合性能指數(shù)w中所占的權重；A表示 由P，n型氮化鎵的厚度、電阻率以及透明導電電極的厚度和電阻率參數(shù)共同對電流均勻性 影響的折合系數(shù)，x表不各個電極區(qū)域塊所占面積，S表不LED芯片表面積，P。表不總出光 功率，1表示正電極邊緣的電流密度正負電極間的距離，d表示正電極區(qū)域塊的邊緣至負電 極區(qū)域塊的邊緣的平均距離。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于遺傳算法的LED芯片電極結構的優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于， 所述正極、負極和非電極的三種狀態(tài)轉換成對應的代碼為1、2和0。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于遺傳算法的LED芯片電極結構的優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于， 所述編碼串的生長信息包括生長步數(shù)、生長方向、生長步長和各個生長初始點的坐標值。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于遺傳算法的LED芯片電極結構的優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于， 所述編碼模塊（3)包括選取單元（301)、編碼單元（302)、初級生長單元（303)和次級生長 單元（304); 所述選取單元（301)，用于從分割的網(wǎng)格中選取任一網(wǎng)格作為生長初始點，以該網(wǎng)格的 四個頂角為生長方向進行延伸，再將網(wǎng)格的四個頂角從左下角順時針進行編碼； 所述編碼單元（302)，用于利用生長規(guī)則對該網(wǎng)格的生長步數(shù)和生長步長進行編碼，即 用n個數(shù)組（D，L)記錄生長的信息，其中n為生長步數(shù)，D為生長方向，L為生長步長，并記 錄每個生長初始點的坐標值，從而得到編碼串； 所述初級生長單元（303)，用于根據(jù)編碼串的信息將選取的網(wǎng)格的一個頂角作為生長 方向，并根據(jù)生長步長L進行生長延伸至第L個網(wǎng)格中，并將延伸形成的各網(wǎng)格的對角線連 接成一條直線，并圈出包含該對角線的正方形區(qū)域，從而形成初級電極區(qū)域塊； 所述次級生長單元（304)，用于將初級電極區(qū)域塊作為次級電極區(qū)域塊的生長初始點， 選擇該初級電極區(qū)域塊的一個頂角作為生長方向，并根據(jù)生長步長L進行生長延伸至第L 個網(wǎng)格中，并將所述次級電極區(qū)域塊延伸形成的各網(wǎng)格的對角線連接成一條直線，圈出包 含該對角線的正方形區(qū)域，從而形成新的電極區(qū)域塊。
5. 根據(jù)權利要求4所述的基于遺傳算法的LED芯片電極結構的優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于， 所述選取單元中，將網(wǎng)格的四個頂角從左下角順時針進行編碼，分別用〇、1、2和3表示生長 方向。
6. -種基于遺傳算法的LED芯片電極結構的優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟A :根據(jù)LED芯片的尺寸大小將LED芯片的表面分割成多個等大的網(wǎng)格； 步驟B:根據(jù)LED芯片中包含的正電極、負電極和非電極的三種狀態(tài)，并用三種代碼 對應所述三種狀態(tài)表示，并選定非電極狀態(tài)，其所對應的代碼統(tǒng)一作為各個網(wǎng)格中的初始 值； 步驟C:從分割的網(wǎng)格中選取任一網(wǎng)格作為生長初始點，利用生長規(guī)則編譯出該網(wǎng)格 包含生長信息的編碼串，再根據(jù)所述編碼串的生長信息形成多個電極區(qū)域塊； 步驟D:利用隨機數(shù)算法對形成的電極區(qū)域塊進行賦值，將正電極和負電極對應的代 碼寫入相應的網(wǎng)格中代替原網(wǎng)格的狀態(tài)，從而形成正電極區(qū)域塊和負電極區(qū)域塊，并根據(jù) 編碼串的信息計算出正電極區(qū)域塊的邊緣至負電極區(qū)域塊的邊緣的平均距離； 步驟E :對生成的電極區(qū)域塊進行優(yōu)化計算，利用LED的綜合性能公式作為適應度，得 到最優(yōu)的電極結構：
其中，F(xiàn)p F2、B表示電極面積和電流分布在LED綜合性能指數(shù)w中所占的權重；A表示 由P，n型氮化鎵的厚度、電阻率以及透明導電電極的厚度和電阻率參數(shù)共同對電流均勻性 影響的折合系數(shù)，x表不各個電極區(qū)域塊所占面積，S表不LED芯片表面積，P。表不總出光 功率，1表示正電極邊緣的電流密度正負電極間的距離，d表示正電極區(qū)域塊的邊緣至負電 極區(qū)域塊的邊緣的平均距離。
7. 根據(jù)權利要求6所述的基于遺傳算法的LED芯片電極結構的優(yōu)化方法，其特征在于， 步驟B中，所述正極、負極和非電極的三種狀態(tài)轉換成對應的代碼為1、2和0。
8. 根據(jù)權利要求6所述的基于遺傳算法的LED芯片電極結構的優(yōu)化方法，其特征在于， 所述編碼串的生長信息包括生長步數(shù)、生長方向、生長步長和各個生長初始點的坐標值。
9. 根據(jù)權利要求6所述的基于遺傳算法的LED芯片電極結構的優(yōu)化方法，其特征在于， 步驟C中，形成多個電極區(qū)域塊的具體實現(xiàn)方法為： 步驟C1 :從分割的網(wǎng)格中選取任一網(wǎng)格作為生長初始點，以該網(wǎng)格的四個頂角為生長 方向進行延伸，再將網(wǎng)格的四個頂角從左下角順時針進行編碼； 步驟C2 :利用生長規(guī)則對該網(wǎng)格的生長步數(shù)和生長步長進行編碼，即用n個數(shù)組（D，L) 記錄生長的信息，其中n為生長步數(shù)，D為生長方向，L為生長步長，并記錄每個生長初始點 的坐標值，從而得到編碼串； 步驟C3 :根據(jù)編碼串的信息將選取的網(wǎng)格的一個頂角作為生長方向，并根據(jù)生長步長 L進行生長延伸至第L個網(wǎng)格中，并將延伸形成的各網(wǎng)格的對角線連接成一條直線，并圈出 包含該對角線的正方形區(qū)域，從而形成初級電極區(qū)域塊； 步驟C4 :將初級電極區(qū)域塊作為次級電極區(qū)域塊的生長初始點，選擇該初級電極區(qū)域 塊的一個頂角作為生長方向，并根據(jù)生長步長L進行生長延伸至第L個網(wǎng)格中，并將所述次 級電極區(qū)域塊延伸形成的各網(wǎng)格的對角線連接成一條直線，圈出包含該對角線的正方形區(qū) 域，從而形成新的電極區(qū)域塊。
10.根據(jù)權利要求9所述的基于遺傳算法的LED芯片電極結構的優(yōu)化方法，其特征在 于，所述步驟C1中，將網(wǎng)格的四個頂角從左下角順時針進行編碼，分別用0、1、2和3表示生 長方向。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于遺傳算法的LED電極結構的優(yōu)化系統(tǒng)，包括分割模塊、初始值賦值模塊、編碼模塊、電極賦值模塊和優(yōu)化模塊；還涉及一種基于遺傳算法的LED電極結構的優(yōu)化方法，包括，步驟A：根據(jù)LED芯片的尺寸大小將LED芯片的表面分割成多個等大的網(wǎng)格；步驟B：選定非電極狀態(tài)，其所對應的代碼統(tǒng)一作為各個網(wǎng)格中的初始值；步驟C：形成多個電極區(qū)域塊；步驟D：對形成的電極區(qū)域塊進行賦值，形成正電極區(qū)域塊和負電極區(qū)域塊；步驟E：對生成的電極區(qū)域塊進行優(yōu)化計算；本發(fā)明設計電極結構是不需要預先給定電極結構的大致圖形，也不需要建立復雜的電磁學方程，測定ITO，GaN的光電參數(shù)，通過遺傳算法優(yōu)化就能獲得綜合性能優(yōu)異的LED電極結構。
【IPC分類】G06N3-12, G06F17-50
【公開號】CN104809285
【申請?zhí)枴緾N201510195490
【發(fā)明人】馬云, 方允樟, 李文忠, 金林楓, 范曉珍, 葉慧群
【申請人】浙江師范大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月22日