Lighttools中模擬白光LED

藍光-螢光粉-白光led的模擬

我們日常所用的白光led，比如手電筒、電視背光、家用燈具的led，基本都是用藍光led激發黃色螢光粉混合形成白光。那這個過程光學**要怎麼做呢？這是知乎第九篇文章，就來談談怎麼用lighttools**白光led。

先建立乙個長寬均為1mm厚度0.3mm的方形片狀體光源，這就是我們的藍色led的晶元die。在光源前面10mm處建立探測器，長寬都是5mm，mesh劃分100x100。

藍光led顧名思義，要發藍色的光，因此我們把光譜設定為藍色，其光譜分布如下所示：

藍光led的光功率預設為1w，設定追跡光線數目為1000萬，進行追跡後，其光強分布以及顏色圖分別如下所示：

建立凹槽，深度1mm，長和寬都是3mm，表面設定為反射，反射率設為80%，這個反射槽的目的是為了提公升光能利用率，如圖所示：

在槽內建立乙個長寬都是2.99mm厚度0.99mm的物體，把藍光led包裹在裡面，如下圖紅色部分，這個就是我們的螢光粉層，為了保證螢光粉和藍光die充分接觸，需要設定immersion，把藍光die浸沒在螢光粉裡面：

現在要對螢光粉層建立螢光材料phosphor，新增particle設定為螢光粉phosphor，會自動帶出來mie散射，如下設定mie的引數，包括顆粒密度以及顆粒大佔比：

為了建模方便起見，對phosphor設定為固定折射率1.6，在mie散射下面有三個光譜需要我們定義：

excitation spectrum：說的意思是不同波長藍光的激發效率，表示絕對的轉化效率，由於stokes shift和quantum yield（量子效率）的影響，激發效率肯定是小於1的。

emission spectrum：發射光譜的相對分布，實際光譜會收到激發光的溫度、功率等影響：

absorption spectrum：吸收光譜，若吸收係數為1表示全部被吸收了，若吸收係數為0表示該光沒有被吸收，一般而言被吸收的光都轉化為了熱。

這些設定好之後，我們跑光線追跡看看效果，由於螢光粉單位厚度的激發特性是一定的，因此厚度對激發效果會產生顯著的影響，但厚度不足的時候，明顯出色射光的顏色偏藍，但厚度太大了，出射光的顏色又偏黃了。

但加粗樣式是我們看到所有的結果裡面，顏色都不均勻，這是因為die發光角、螢光粉的mie散射影響、反射槽的反射影響，實際上led在螢光層外面還會加矽膠，矽膠裡面新增擴散粉進行均勻化處理。