基于近場均勻照明的LED陣列的優化設計

陳新睿，韓敬華，李洪儒，宋 敏，胡麗荔，孫年春

（四川大學 電子信息學院，四川 成都610064）

引言

LED（light emitting diode）是一種基于 P-N結電致發光原理制成的半導體發光器件，已被廣泛應用在信號指示、照明、背光源、機器視覺等領域，較之傳統照明光源，LED具有光色純、效率高、能耗低、壽命長、綠色環保、可靠耐用、控制靈活等諸多優點，它將在不久后全部取代白熾燈等傳統光源［1-3］。近年來，隨著LED芯片技術的提高，LED已經進入了大功率時代，但單個LED的功率依然不能滿足大面積、高亮度的照明要求，在諸多照明系統中，還要求目標面光照度分布均勻，因此我們通常將多個LED燈珠配置成陣列來使用。

LED陣列是由離散的LED點光源構成的具有有限尺寸的面光源，可以有多種排列形式，每一種形式都會有不同的效果，最終的目的是在同樣數量的LED單元下，在照明面上獲得較高的光強度和光照度均勻性。平面陣列就是將多個LED按照一定結構均勻布置在平面基板上形成的面光源，由于平面陣列的空間一致性［4-5］，它具有光輸出集中、發光均勻、光照度高等優點，廣泛應用于模塊照明、照相制版、化妝鏡燈、聚光（投光）燈等。本文對平面分布中常見的菱形、環形和蜂窩狀LED陣列進行研究，給出了光學設計模型和系統的理論計算公式，并對其進行了仿真和分析，給出了不同LED陣列的特點及適用情形。

1 LED的模型

實際的LED光源并非都是理想的朗伯體，其光強分布為發光角余弦多次方的函數［6］，并主要依賴于半導體的封裝材料和幾何形狀。……