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基于均匀照明的LED阵列的仿真研究与设计

作　者: 黄启禄
导　师: 吴逢铁
学　校: 华侨大学
专　业: 光学
关键词: 发光二极管 LED阵列 照明均匀性 辐照度分布 数值优化
分类号: TN312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 307次
引　用: 2次
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内容摘要


由于LED芯片制作工艺的日趋成熟,LED阵列也随之得到广泛的应用,包括医学领域中的应用,显示器中的背光源,室内植物的培育等。单颗LED的光功率较小,并不能单独作为照明灯具使用,而需通过多个LED光源进行排列组合来达到实际的照明需求,因此对LED的排列必须通过合理的设计,否则就会产生眩光以及光能量浪费。论文对基于均匀照明的LED阵列进行仿真研究与设计,主要工作包括:1.通过设定LED所在平面与探测面之间的距离、所设计阵列的LED个数及LED发光角度等三个参数,依据斯派罗法则,利用Matlab对表达式计算,并结合TracePro软件对三个较为常见的LED平面阵列,即方形阵列、三角形阵列及环形阵列进行模拟仿真及对比分析,结果可知由于排列方式不同,所得到的均匀照明的范围及所占面板空间也各不相同,对比可知,三角形阵列可得到较大范围的平坦度和占用较小的面板空间。2.基于几何光学与辐照度理论,对满足均匀近场照明的半导体发光二极管(LED)二次曲线阵列进行分析,推导了光源照射到屏上的总照度表达式。依据斯派罗法则,利用Matlab数值优化工具包对方程计算,并结合TracePro软件对所设计的阵列进行光线追迹仿真。结果表明,与平面阵列相比,二次曲线阵列可以得到更大角度的光场分布。对两种特殊二次曲线的二维和三维阵列进行分析和模拟,使照明面上的均匀度得到优化。该方法为LED照明模组的设计提供了重要参考。3.提出一种基于均匀照明系统的新型LED光学模型。光学模型的建立对观察面上的照度分布有直接的影响。近似朗伯体模型被广泛应用LED阵列的设计中,但是通过与实验数据比对发现其存在着一定的误差。为了减少由于模型带来的误差,本文利用曲线拟合技术对近似朗伯体模型进行修正。我们依据实验测量的LED光强分布曲线图,对其进行采点,并设计一条样条曲线进行拟合,以此获得一个新的模型。为了验证新模型的可行性,我们把新模型应用到一个4×4的阵列设计中,并与近似朗伯体模型进行对比,结果可以看出,拟合模型产生的光辐照度分布更均匀,且强度更大。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-13
  1.1 研究背景及意义  10-13
    1.1.1 LED 照明发展的背景  10
    1.1.2 LED 照明现状及发展前景  10-11
    1.1.3 LED 应用于照明的国内外概况  11-13
第二章 LED 技术基础  13-19
  2.1 LED 技术基础及特点  13-15
    2.1.1 LED 发光原理  13-14
    2.1.3 LED 光源特点  14-15
  2.2 光度学参量简介  15-19
    2.2.1 立体角的概念  15
    2.2.2 辐射能与辐射通量  15-16
    2.2.3 光通量  16-17
    2.2.4 发光强度  17-18
    2.2.5 光照度  18-19
第三章 LED 照明灯具设计及应用领域  19-23
  3.1 LED 照明灯具设计及应用特性  19-21
    3.1.1 LED 灯具设计趋势  19
    3.1.2 LED 灯具设计的特点  19-20
    3.1.3 LED 照明应用中存在的主要问题  20-21
  3.2 LED 在不同照明领域中的应用  21-23
    3.2.1 汽车照明市场  21-22
    3.2.2 室内商业照明  22
    3.2.3 背光源的应用  22-23
第四章 LED 平面阵列的设计及其仿真  23-30
  4.1 光学模型的建立和理论分析  23-25
    4.1.1 光学模型的建立  23-24
    4.1.2 斯派罗法则  24
    4.1.3 两个LED 的均匀照明系统  24-25
  4.2 相同个数的 LED 排布的阵列的光辐照度分析  25-29
    4.2.1 方形阵列  25-27
    4.2.2 三角形阵列  27-28
    4.2.3 环形阵列  28-29
  4.3 本章小结  29-30
第五章 LED 二次曲线阵列的研究  30-36
  5.1 曲线阵列理论分析  30-33
    5.1.1 单个LED 的光辐照度分布  30-31
    5.1.2 二维圆阵列  31-32
    5.1.3 二维抛物线阵列  32-33
  5.2 二次曲线阵列  33-35
    5.2.1 环形阵列  33-34
    5.2.2 抛物线阵列  34-35
  5.3 本章小结  35-36
第六章 LED 发光精密模型的建立  36-42
  6.1 朗伯定律  36
  6.2 曲线拟合  36-39
    6.2.1 线性拟合  36-37
    6.2.2 一般多项式拟合  37-38
    6.2.3 曲线拟合的实现  38-39
  6.3 曲线拟合技术对模型修正  39-40
  6.4 拟合模型应用  40-41
  6.5 本章小结  41-42
第七章 结束语  42-44
  7.1 论文完成的主要工作及创新点  42-43
  7.2 研究展望  43-44
参考文献  44-48
发表论文和科研情况  48-49
致谢语  49

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体二极管 > 二极管：按结构和性能分 > 发光二极管
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