白光LED在TracePro中的建模及仿真

赵常昊

摘 要：由于发光二极管（LED-Light Emitting Diode）本身具有功耗低、高亮度、寿命长、稳定性好、重量轻等优点，使得LED得到诸多方面的应用：固态照明、信息显示、背光源、手电筒、景观照明、手机、电视及汽车领域等。白光LED光源更是凸显了节能、环保等优点，该文主要研究白光LED发光机理，以3020封装的白光LED灯珠为例在TracePro软件中进行建模及仿真，说明TracePro在白光LED模拟设计中的应用价值。

关键词：白光LED TracePro 建模 仿真

中图分类号：TP36 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（b）-0005-02

随着发光二极管LED制造工艺的不断进步和新型材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发及应用，白光LED半导体固体光源性能不断完善并进入实用阶段。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。该文利用TracePro进行白光LED的光学模型建立，并在聚光腔的设计上提出了优化，而且进行了光线模拟及白光LED发光机理的验证。

1 白光LED发光机理

在可见光的光谱中是没有白色光的，因为白光不是单色光，而是多种单色光合成的复合光。同样，LED芯片中也没有直接发射出来白光的，目前有以下几种方法可以让LED发出白光：第一，多晶型RGB LED混光；第二，蓝光LED+黄色荧光粉；第三，蓝光LED+RG荧光粉；第四，UV LED+RGB荧光粉。

该文主要研究的是第二种方式及蓝光LED芯片激发黄色荧光粉合成白光。2 LED的实体模型建立

根据3020封装的白光LED的尺寸图和结构图在TracePro中画出其模型实体，其实体模型如图1所示。

该文对聚光腔做了设计优化，优化后的模型如图1所示，编辑并应用聚光腔的内表面属性。在聚光腔内表面应用朗伯扩散器属性（Lambertian Diffuser），将矩形聚光腔的侧面和底面属性均设置为理想镜面（Perfect Mirror）。

3 LED蓝光光源的生成

3.1 LED表面光源生成步骤

（1）在TracePro中打开表面光源生成器（Surface Source Property Generator），利用Wavelengths editor，把蓝光芯片光谱特性曲线图复制到Spectrum input helper里面，然后根据曲线描点使其接近光谱特性曲线，取460 nm蓝色曲线，点击sample生成光谱数据，如图2所示。

（2）利用Beam shape profile editor，同样按照第二步的方式，描出配光曲线图。

（3）设置完毕后点击export，把生成的表面光源命名为blue导入到TracePro中。

3.2 LED表面光源的设置

设置LED模型表面光源为blue，波长为0.46 μm。

4 荧光材质编辑

（1）打开荧光材质编辑器，把黄色荧光粉的光谱数据输入到材质编辑器中，保存为YAG。

（2）然后在TracePro中设置荧光粉层的荧光材质为第一步保存的YAG；波长部分设置，0～0.54波段数为0，0.54～0.56波段数为5，0.56～0.59波段数为20，0.59到无穷波段数为0；量子反应效率设为0.92，摩尔最高消光系数设为39 000 liter/（mole·cm），摩尔浓度设为0.000 4 moles/liter。

5 模拟仿真

选中接受平面，设置辐照度分析选项，然后点击辐照度分析，模拟得到的结果如图3所示。

从图3中可以看出有白光出现，其蓝光、黄光、白光均为真实色彩，这说明该方法可以通过TracePro软件模拟出白光，也验证了蓝光LED芯片激发黄色荧光粉产生白光的机理。

6 结语

该文以TracePro软件利用3020封装白光LED为例，利用一种白光LED产生机理，通过建立模型，设置表面光源及荧光材质等，最后模拟出来白光，说明TracePro在模拟白光LED中的应用价值很高。

參考文献

[1] 谷鹏飞.提升白光LED发光效率的研究[D].天津：天津大学，2011.

[2] 纪诞磊，曾令军，程波，等.TracePro在LED模拟中的应用[J].科技视界，2012（24）：37-38.