LED照明灯具亮度问题的研究与提高方案[2]

　　1. 3 仿矿灯的设计方案

　　一般LED主要包括几个部分:LED 发光芯片, 反 光杯, 连接正负极的引线框和环氧封装。所以单个 LED的发光状态即光束角度取决于三个方面: ( 1)LED 芯片的大小和位置; (2) 反光杯的形状; ( 3)环氧封装的 形状。根据单个LED 的设计思想, 一般多芯LED 照 明工具由三部分组成: LED 组合光源、透镜、反射镜。 影响系统发光效果的主要因素有: 芯片的个数以及放 置位置、透镜和反射镜的形状、特性和位置。

　　与单个LED 不同的是本系统的芯片并非放置在 反光碗内, 而是把四个LED 芯片放置在环氧树脂平 凸透镜内, 两个芯片放置在立方体另外两个对应面 上, 整个发光体放置在抛物面反射镜内, 如图3 所 示, 外面涂敷高效黄色荧光粉, 蓝光以及被蓝光激发 的荧光粉反射的黄光相混互衬后, 发出白光。环氧 树脂的折射率为1. 59, 它起到保护四个芯片和集光 棱镜的作用, 决定了光源的形状。LED 芯片距离环 氧树脂透镜的前端越近, 出射光束的角度越大。可 以通过改变树脂棱镜的焦距, 棱镜的位置来得到不 同的发光曲线, 满足不同的照明要求。

　　在设计中采用抛物面发射镜。f 表示抛物面的焦距, r 表示抛物面的焦点到反射面的矢径, < 为对应的半孔径角, 根据不同的集光需要, 可通过改变焦距f 和相应的半孔径角< 来设置反射镜。其数学表达式为:

　　在实验过程中, 通过改变设计的参数, 例如凸透 镜的焦距、反光碗的焦距和位置、光源放置的位置等 来达到设计要求。反复调整设计的参数, 得到一组 最优的结果。

　　2 仿真实验

　　为了很好的验证本文前面所说的对LED照明灯 具亮度优化的效果, 设计了一个仿真的LED 照明灯 具。该仿真的照明灯具可以根据环境的需要, 编辑 灯具的变化节奏和调节亮度。仿真系统能够使得用 户对照明系统中的灯具进行亮度效果的编辑、存储、 修改并将方案数据分配给下一层处理单元。其仿真 系统的结构图见图4。

　　在仿真照明系统中引入计算机模拟, 光源可以 用光线数量( 单位立体角内) 、光线长度、光线方向矢量和光线与光轴的夹角来表示。光源发出的光线通 过仿真系统后在照明平面上产生特定分布。

　　采用面向对象的编程技术设计界面与Visual C + + 间的接口类CGL。系统的后台控制系统采用 Visual C+ + 为开发平台界面实现效果的仿真。并 且能够对每一个单元效果进行独立编辑, 整合效果 的协调, 产生效果数据文件, 进行数据文件统一管 理。可以任意编辑每个时间片的LED 显示效果, 进 行模拟预览显示整合效果, 同时对显示效果进行数 据库管理。

　　该系统中涉及到的数据主要有: 灯具的属性、场 景数据、效果控制、光的强度等。

　　分别取改进前后的LED 照明灯具各一个进行实 验, 得到的数据如表1 所示。

　　实验证明, 改进后的LED 照明灯具, 亮度提高明 显, 改进方案是可行且有效的。

　　3 结束语

　　半导体照明是一个极其有潜力的产业, 美国能源部预测, 到2010 年将会有55% 的白炽灯和荧光灯 被半导体灯替代, 2001 年7 月在美国/ 半导体照明技 术蓝图0 的基础上, 美国能源部启动一项名为/ Next - Generation Lighting Initiative0 (NGLI) 的计划, 即/ 下 一代照明计划0(NGLI) 。日本提出, 2006 年就要用半 导体灯大规模替代传统白炽灯。欧盟的彩虹计划也 已于2000 年7 月启动, 其计划是通过欧洲共同体的 补助金来推广超高亮白光LED 的应用。加速半导体 照明技术的发展和应用。LED 照明的应用前景在全 世界都掀起了高潮, 被寄予了厚望。/ 国家半导体照明工程0计划的实施必将对我国半导体照明产业的 发展起到极大的推动作用。

　　参考文献:

　　[ 1] 胡海蕾. LED 照明光学系统的设计及其阵列光照度分 布研究[D] . 福建师范大学, 2005
　　[ 2] 王乐. 关于LED 应用于照明的研究和设计[ D] . 浙江大 学, 2005
　　[ 3] 陈力. 全彩LED 照明系统仿真研究与实现[ D] . 南昌大 学, 2005

　　编辑：Sophy