LED光在环境中传输特性的仿真及实验研究
本文选题:LED + 光传输 ; 参考:《重庆师范大学》2015年硕士论文
【摘要】:LED(Light Emitting Diode)是一种各项性能优良的半导体光电器件,它以体积小、使用寿命长、耗电量低、绿色环保等优点正逐步取代现有的汽车信号灯和道路照明等传统光源。但随着工业的快速发展,导致环境受到污染,雨雪雾霾等恶劣天气状况的出现次数日益频繁,LED光源在实际使用中容易受自身结温、封装结构以及复杂大气环境的影响,同时不同LED光源对能见度的差异会直接影响道路交通安全。本文针对LED自身封装结构、芯片结温以及在雨、雾、霾等气候环境中与颗粒物质的相互作用,通过采用三维图形辅助软件设计三维模型和Tracepro仿真软件研究其光电热特性。实验使用商用功率白光LED进行定标,测试了白光LED芯片结温与光谱特性的相关性,研究结温对光输出的影响;通过测定不同参数,对LED封装结构及形状进行了模拟仿真,研究了封装结构对LED光在器件内部的传播影响;测量了白光LED和不同类型的单色LED在模拟复杂大气中的光衰减、光强分布等特性。本文的实验主要分为三个部分,第一,结温测试采用非接触测试法(即光谱法),与经典的正向电压法对比,研究了结温对光传输的影响;第二,模拟仿真了反光碗、封装材料和透镜这三个封装部件对LED光在器件内部传输的影响,第三,模拟复杂气候中的雾、雨、雪天气中LED光的传播特性。通过以上工作,得到如下主要结论:1.LED芯片结温对其光传输特性有一定影响,主要表现在随着灯具结温的改变,LED光通量、峰值波长以及白光LED的蓝白功率比也随之改变。2.封装部件的材质和形状将在很大程度上改变LED光在器件内部的传输特性。3.LED光在模拟雾霾雨雪气候的大气中传播时,受到大气中的颗粒物质影响,发生折射、散射和吸收等现象,其折射、散射和吸收的程度随环境中颗粒物的粒子半径以及粒子浓度的变化而发生改变。本文的研究对于LED路灯和汽车交通灯的测试设计具有重要参考价值,对提高实际道路行车安全有一定的理论和实际意义。
[Abstract]:LED(Light Emitting Diode is a kind of semiconductor optoelectronic device with good performance. It is gradually replacing the existing traditional light sources such as automobile signal lights and road lighting with the advantages of small volume, long service life, low power consumption and green environmental protection. However, with the rapid development of industry, the environment is polluted, and the occurrence times of severe weather conditions such as rain and snow haze are more and more frequent. In practical use, LED light sources are easily affected by their own junction temperature, encapsulation structure and complex atmospheric environment. At the same time, the difference of visibility between different LED light sources will directly affect road traffic safety. Aiming at the encapsulation structure of LED, chip junction temperature and the interaction with particles in rain, fog, haze and other climatic environments, the photoelectric and thermal properties of LED were studied by using 3D graphic aid software to design 3D model and Tracepro simulation software. The correlation between junction temperature and spectral characteristics of white light LED chip is tested, the influence of junction temperature on light output is studied, and the structure and shape of LED package are simulated by measuring different parameters. The effects of packaging structure on the propagation of LED light in the device are studied, and the optical attenuation and intensity distribution of white LED and different monochromatic LED in simulated complex atmosphere are measured. The experiments in this paper are divided into three parts. First, the junction temperature measurement is carried out by using non-contact measurement method (that is, spectral method, compared with the classical forward voltage method) to study the effect of the junction temperature on the light transmission. Second, the reflection bowl is simulated and simulated. The effects of packaging materials and lenses on the transmission of LED light inside the device. Thirdly, the propagation characteristics of LED light in complex weather, such as fog, rain and snow, are simulated. The main conclusions are as follows: 1. The junction temperature of LED chip has a certain influence on the light transmission characteristics, which is mainly reflected in the change of luminous flux, peak wavelength and blue-white power ratio of white LED with the change of junction temperature. The material and shape of packaging parts will greatly change the transmission characteristics of LED light in the device. 3. When LED light propagates in the atmosphere of simulated haze rain and snow climate, it is affected by particulate matter in the atmosphere, and the phenomena such as refraction, scattering and absorption occur. The degree of refraction, scattering and absorption varies with the change of particle radius and particle concentration in the environment. The research in this paper has important reference value for the test design of LED street light and vehicle traffic light, and has certain theoretical and practical significance to improve the actual road driving safety.
【学位授予单位】:重庆师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN312.8
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,本文编号:1848268
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