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        TracePro在LED模擬中的應(yīng)用

        2012-04-16 01:34:20紀(jì)誕磊曾令軍吳平輝
        科技視界 2012年24期
        關(guān)鍵詞:擴(kuò)散器西門(mén)子光源

        紀(jì)誕磊 曾令軍 程 波 吳平輝

        (湖州師范學(xué)院理學(xué)院 浙江 湖州 313000)

        0 引言

        發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)是一種新型固態(tài)冷光源,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,壽命長(zhǎng),體積小,耗能少,顯色性好,響應(yīng)時(shí)間快,抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)[1]。因此,它在現(xiàn)代光電顯示與照明中有著廣泛的應(yīng)用和良好的發(fā)展前景,例如建筑物照明,街道照明,景觀照明,標(biāo)志牌,信號(hào)燈以及住宅內(nèi)的照明等。雖然LED芯片本身可以近似為朗伯光源,但這種光源很難滿足現(xiàn)實(shí)中的各種照明需求。鑒于此,如何將LED芯片發(fā)出的光盡可能的引出并滿足實(shí)際需要成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,這就需要對(duì)LED進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)。

        TracePro是一套普遍用于照明系統(tǒng)、光學(xué)分析、輻射度分析及光度分析的光線模擬軟件。相比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模擬軟件,TracePro具有建立逼真的實(shí)體模型,優(yōu)秀的光學(xué)分析功能,強(qiáng)大的資料轉(zhuǎn)換能力及簡(jiǎn)易的圖形使用界面等特點(diǎn),極大的節(jié)約了人力資源,縮短設(shè)計(jì)周期[2-4]。因此,TracePro在LED模擬設(shè)計(jì)中有重要作用。本文以西門(mén)子LWT676LED為例,介紹TracePro在LED模擬中的應(yīng)用。

        1 模擬設(shè)計(jì)過(guò)程

        TracePro用于照明設(shè)計(jì)的一般流程如圖1所示。

        圖1 模擬設(shè)計(jì)流程圖Fig.1 Simulation Design Flow Chart

        這里所模擬的西門(mén)子LWT676LED的模型參數(shù)如圖2所示。

        圖2 模型參數(shù)Fig.2 Model Parameter Diagram

        圖3 西門(mén)子LWT676實(shí)體模塊Fig.3 Siemens LWT676 Entity Module

        西門(mén)子LWT676LED主要由外殼、圓錐反射器、擴(kuò)散器和LED芯片組合而成。在TracePro中分別建立各部分的實(shí)體模型。首先建立外殼:選擇一塊長(zhǎng)度為3.00mm,寬度為3.4mm的薄板表面進(jìn)行拉伸填充,拉伸距離分別為0.9mm、0.2mm、0.9mm,角度分別為 4°、0°、-4°,完成操作后構(gòu)成外殼。 其次建立圓錐反射器:在YZ視圖中距離Z軸1.1mm處,插入一個(gè)上下底半徑分別為1.2mm、0.65mm,長(zhǎng)度為0.9mm的圓錐體,建立完成后與外殼進(jìn)行布林相減運(yùn)算,定義圓錐體內(nèi)表面屬性為鏡面反射。然后構(gòu)建擴(kuò)散器:通過(guò)在圓錐反射器出口端插入半徑1.2mm,厚度為0.01mm的薄圓柱體作為其擴(kuò)散器模板,表面定義為散射。最后是建立LED芯片:建立一塊發(fā)光面積為0.4mm×0.4mm,厚度為0.15mm的方塊作為L(zhǎng)ED芯片。至此,LED模型建立完畢,如圖3所示。

        編輯并應(yīng)用擴(kuò)散器的內(nèi)表面屬性。首先,選擇添加屬性,屬性名為朗伯?dāng)U散器(Lambertian Diffuser)。 其次,選擇散射模型(Surface Model)為ABg,設(shè)置吸收系數(shù),在求解(Solve for)的下拉菜單中選擇BTDF運(yùn)算,并保存屬性。將擴(kuò)散器內(nèi)表面應(yīng)用朗伯?dāng)U散器屬性(Lambertian Diffuser),將圓錐孔的側(cè)面和底面屬性均設(shè)置為理想鏡面(Perfect Mirror)。

        完成模擬建立和定義屬性之后便開(kāi)始進(jìn)行光線追跡。選擇LED芯片的上表面作為發(fā)光表面,采用朗伯型配光曲線,光線數(shù)量為50000條,光波長(zhǎng)為0.5461μm,發(fā)射形式為光通量(Flux),其強(qiáng)度為0.05lm,完成后進(jìn)行光線追跡,因其光線數(shù)量太多,我們選擇光線顯示數(shù)量為1%,如圖4所示。

        圖4 光線追跡圖Fig.4 Raytrace Diagram

        2 結(jié)果分析與討論

        選擇擴(kuò)散器的外表面作為參考面,進(jìn)行光照度分析選項(xiàng)設(shè)置,獲得相應(yīng)的光照?qǐng)D如圖5所示。

        LED光源的空間光強(qiáng)分布和發(fā)光角度是一個(gè)重要參數(shù),因?yàn)橛斜匾治銎淇驳吕瓐D。在設(shè)置坎德拉圖選項(xiàng)的基礎(chǔ)上即可獲得圖6所示的坎德拉分布圖。將其與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)兩者基本一致,這驗(yàn)證了上述模擬仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。

        圖5 光照度圖Fig.5 Irradiance Diagram

        圖6 坎德拉圖Fig.6 Candela Plot Diagram

        3 結(jié)論

        本文以TracePro對(duì)西門(mén)子LWT676LED光源的模擬為例,介紹了TracePro在LED模擬中的應(yīng)用。

        [1]張鑒,楊明武,胡智文.LED環(huán)氧樹(shù)脂封裝的光學(xué)設(shè)計(jì)與模擬[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008,31(10):1695-1698.

        [2]朱焯煒,蘇宙平,闕立志.基于TracePro的LED透反式準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)與仿真[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2012,31(1):108-111.

        [3]吳中林,吳恒萊,占美瓊,陳林,沈濤.40W大功率白光LED光源模塊的研制[J].光源與照明,2007,3(1):28-29.

        [4]錢(qián)雯磊,李筠,陳曉榮,戴曙光,陳祥熙.用 TracePro設(shè)計(jì)高功率 LED[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2007,28(8):967-970.

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