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1、郑州轻工业学院本科毕业设计（论文） 题 目 基于ZEMAX的LED光学性能模拟 学生姓名 专业班级 电子科学与技术09-1 学 号 540911010110 院 （系） 技术物理系 指导教师(职称) 完成时间 2013年 5月 25 日 I郑州轻工业学院毕业设计（论文）任务书题目 基于ZEMAX的LED光学性能模拟 专业 电子科技 学号540911010110 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容：LED是一种能够将电能转换为光能的半导体结构，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三级色粉发光的原理，而采用发光电场发光。据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、辐射低和功耗低。LED
2、照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。由于LED灯具的特殊结构，需要对LED的光学性能进行全面的分析，为利用LED制作灯具奠定基础。本课题主要内容如下：1掌握LED的工作原理、光学特性及电学性能。 2 利用ZENAX软件对LED进行建模，并模拟其光学性能。主要参考资料：1LED发展简史.电源世界，2006(9)：30一3l2李春茂 编著. LED结构原理与应用技术. 北京：机械工业出版社，2011.013怀素芳、李旭、崔敏敏等.新一代照明光源白光LED的发展概况.物理通报，2007(11)：4陆笑秋.话说半导体照明.电子制作，2007(12)：695毛学麟.LED产业迎来黄金十年.
3、新财富，2007(8)：28-306 Frasch H JMonte carlo methods in raytracing softwareJSPIE，2000,4769：557赵家荣，韩文科.绿色照明工程与节能新机制.北京，中国环境科学出版社，2006：8大谷义彦.LED照明现状与未来展望.中国照明电器，2007(6)：20一249王丽红.让半导体照明亮起来.中国创业投资与高科技，2005(1)：65-6710易安.半导体照明一21世纪的节能新光源.中国创业投资与新科技，2004(8)：20-22 完 成 期 限： 2013.06 指导教师签名： 专业负责人签名： 2013年 2 月 25
4、日 目 录中文摘要I英文摘要II1 绪论11.1 课题研究背景11.1.1 LED的发展历程11.1.2 半导体照明的产业概况和发展21.1.3 LED应用于照明的发展和国内概况41.2 课题研究的目的与意义51.2.1 课题研究的目的51.2.2 课题研究的意义61.3 本课题的研究内容62 LED基础知识72.1 LED基本原理机构和发光原理72.2 LED的分类82.3 LED的优点与不足92.4 白光LED103 LED的主要特性123.1 LED的电学特性123.1.1 I-V特性123.1.2 C-V特性123.1.3 响应时间133.2 LED的光学特性143.2.1 光通量14
5、3.2.2 发光效率和视觉灵敏度15 3.2.3 发光强度163.2.4 发光法向光强及其角分布I173.2.5 照度183.2.6 亮度183.2.7 寿命193.2.8 色温193.2.9 显色性与显色指数203.3 LED的热学特性204 ZEMAX软件214.1 ZEMAX简介214.2 序列性（Sequential）光线追迹214.3 非序列性（Non-sequential）光线追迹225 LED的光学模拟235.1 LED的参数235.2 LED模拟设置235.3 LED的光强度模拟255.4 LED的近场照度模拟266 LED的光学设计276.1 LED路灯的配光要求276.2现
6、有 LED 路灯的配光应用现状及存在的问题286.3 LED的排列方式286.4 LED灯具的模拟 297 总结与展望34结束语35致谢36参考文献37附录38基于ZEMAX的LED光学性能模拟基于ZEMAX的LED光学性能模拟摘 要LED是一种能够将电能转换为光能的半导体结构，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三级色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、辐射低和功耗低。白光LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过170lm/W（2012年）。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。随着近来LED散热技术的改进，室外照明LED灯、投光灯等大功率
7、LED照明灯具已经实现工业化生产并开始被大量应用。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。由于LED灯具的特殊结构，需要对LED的光学性能进行全面的分析，为利用LED制作灯具奠定基础。本模拟主要研究LED的工作原理、光学性能及电学性能，并利用ZEMAX软件对LED进行建模，模拟其光学性能。并在此基础上试着展开LED的二次光学研究，旨在提高道路表面的光强分布均匀性。关键词 发光二极管；光学模拟与设计；ZEMAX软件OPTICAL PERFORMANCE SIMULATION OF LED BASED ON ZEMAXABSTRACTLED is a semiconductor s
8、tructure which can convert electrical energy to light energy. it has changed the tungsten filament incandescent light shine with energy-saving lamps triple toner light-emitting principle，and uses the electric field emitters. According to the analysis, the characteristics of LED is very clear, long s
9、ervice life, high luminous efficiency, low radiation and low power consumption. White LED spectrum almost focus on the visible light spectrum, its luminous efficiency can be more than 170 lm/W (2012). Someone predicts, LED ceiling will be infinite life in the future. With the improvement of LED heat
10、 dissipation technology. Be used in outdoor lighting of LED lamp, project-light lamp ,etc ,high power LED lighting lamps and lanterns already realize industrialization production and began to be a large number of applications. LED lighting products are created using LED as a light source lighting ap
11、pliances. Due to the special structure of the LED lamps and lanterns, need comprehensive analysis was carried out on the optical properties of leds, lay a foundation for using LED lamps and lanterns. This simulation is mainly study the working principle of LED, optical properties and electrical prop
12、erties, and uses ZEMAX software to modeling of leds, simulate its optical properties. And try to open the LED of the secondary optical research on this basis. Its purpose is to improve the uniformity of intensity distribution on the surface of the road.KEY WORDS LED,optical simulation and design,ZEM
13、AX softwareII基于ZEMAX的LED光学性能模拟 1 绪论自20世纪80年代后期开始，随着LED制造技术的不断完善，LED在国外得到了广泛的应用。在我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济的高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈。在20世纪，荧光灯、高/低压钠灯、汞灯、金属卤化物灯、高频无极荧光灯和紧凑型荧光灯等新光源层出不穷。然而，白炽灯自问世的那天起就带有先天性的缺陷，钨丝加热耗电大，灯泡易碎，寿命短、容易使人触电等。相对于白炽灯而言，荧光灯更为节能，但却给人的视力带来不好的影响，且灯管内的重金属汞也对人体和环境不利。LED光源的发明引发了照明技术的重大变革。LED的结
14、构和材料与传统照明技术不同，它是一种利用电致发光的固体冷光源，具有发光效率高、体积小、重量轻、耐震、耐冲、直流低电压工作、寿命长、节能环保等优点。因此，LED光源称为继白炽灯、钨丝灯和荧光灯之后的第四代光源。并将在多种领域广泛应用。1.1课题研究背景1.1.1 LED发展历程发光二极管(Light Emitting Diode，英文简写成LED)是一种新型固态冷光源，在正向偏压作用下，N区电子和P区空穴分别向对方注入，这些被注入的少数载流子在PN结附近复合，产生光子而发光。它诞生于20世纪60年代初，具有结构简单、体积小、重量轻、耗能少、响应速度快、抗震性能好、使用方便等优点因此，其在现代光电系统和照明中的有着广泛的应用和良好的发展前景。在同样照度下，LED灯的电能消耗和寿命比白炽灯和日光灯都有明显的优势。1962年，GE、Monsanto、IBM联合实验室开发出发红光的半导体化合物Ga
