TracePro在LED模拟中的应用

TracePro在LED模拟中的应用

０引言

发光二极管（Light Emitting Diode，LED）是一种新型固态冷光源，具有结构简单，寿命长，体积小，耗能少，显色性好，响应时间快，抗震性能好等优点[1]。因此，它在现代光电显示与照明中有着广泛的应用和良好的发展前景，例如建筑物照明，街道照明，景观照明，标志牌，信号灯以及住宅内的照明等。虽然LED芯片本身可以近似为朗伯光源，但这种光源很难满足现实中的各种照明需求。鉴于此，如何将LED芯片发出的光尽可能的引出并满足实际需要成为一个关键问题，这就需要对LED进行模拟设计。

TracePro是一套普遍用于照明系统、光学分析、辐射度分析及光度分析的光线模拟软件。相比传统的设计模拟软件，TracePro具有建立逼真的实体模型，优秀的光学分析功能，强大的资料转换能力及简易的图形使用界面等特点，极大的节约了人力资源，缩短设计周期[2-4]。因此，TracePro在LED模拟设计中有重要作用。本文以西门子LWT676LED为例，介绍TracePro在LED模拟中的应用。

1模拟设计过程

TracePro用于照明设计的一般流程如图1所示。

图1模拟设计流程图

Fig.1Simulation Ｄesign Ｆlow Ｃhart

这里所模拟的西门子LWT676LED的模型参数如图2所示。

图2模型参数

Fig.2Model Ｐarameter Ｄiagram

图3西门子LWT676实体模块

Fig.3Siemens LWT676 Ｅntity Ｍodule

西门子LWT676LED主要由外壳、圆锥反射器、扩散器和LED芯片组合而成。在TracePro中分别建立各部分的实体模型。首先建立外壳：选择一块长度为3.00mm，宽度为3.4mm的薄板表面进行拉伸填充，拉伸距离分别为0.9mm、0.2mm、0.9mm，角度分别为4°、0°、-4°，完成操作后构成外壳。其次建立圆锥反射器：在YZ视图中距离Z轴1.1mm处，插入一个上下底半径分别为1.2mm、0.65mm，长度为0.9mm的圆锥体，建立完成后与外壳进行布林相减运算，定义圆锥体内表面属性为镜面反射。然后构建扩散器：通过在圆锥反射器出口端插入半径1.2mm，厚度为0.01mm的薄圆柱体作为其扩散器模板，表面定义为散射。最后是建立LED芯片：建立一块发光面积为0.4mm×0.4mm，厚度为0.15mm的方块作为LED芯片。至此，LED模型建立完毕，如图3所示。

编辑并应用扩散器的内表面属性。首先，选择添加属性，属性名为朗伯扩散器（Lambertian Diffuser）。其次，选择散射模型（Surface Model）为ABg，设置吸收系数，在求解（Solve for）的下拉菜单中选择BTDF运算，并保存属性。将扩散器内表面应用朗伯扩散器属性（Lambertian Diffuser），将圆锥孔的侧面和底面属性均设置为理想镜面（Perfect Mirror）。

完成模拟建立和定义属性之后便开始进行光线追迹。选择LED芯片的上表面作为发光表面，采用朗伯型配光曲线，光线数量为50000条，光波长为0.5461μm，发射形式为光通量（Flux），其强度为0.05lm，完成后进行光线追迹，因其光线数量太多，我们选择光线显示数量为1%，如图4所示。