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Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology 6(1): 89-94, 2013
ISSN: 2040-7459; e-ISSN: 2040-7467
© Maxwell Scientific Organization, 2013
Submitted: October 22, 2012 Accepted: December 14, 2012 Published: June 05, 2013
LED照明系统的研究和设计
摘要：在这项研究中,光学特性、热特性、电特性的LED装置进行了研究。分析光学模型的重要性后,我们建立的模型LED光源使用光学仿真软件分析建模四个因素和法律的影响,基于射线跟踪模型的强度分布与制造商。在此基础上,我们扩大了二次光学设计,即增加LDE的方法光水平。在比较不同形式的non-imaging光学组件,与实际情况相结合,最后的选择是与LDE旋转抛物面反射器组成的系统。此外,反映LDE改变身体的相对位置和空间导致整个系统的正常光强度出现两个峰值,但他们的原因是不同的。此外,理论分析和计算机模拟相结合的方法来研究LDE阵列照明是利用的分布。LDB数组公式的照明分布推导出平面平行的另外,由计算机模拟验证和同意。影响因素的定量研究路面照度分布是由以前的研究的基础上,结合实际的道路照明工程。这些因素是:LDE数组形式,领导的数量,LDE LDE间距,路灯之间的时间间隔。派生的整个道路照明分布公式和相应的曲线给出了基本方法分析实际问题的相关结果LDE照明光学系统设计和研究基础。这些因素是:LDE数组形式,领导的数量,LDE
LDE间距,路灯之间的时间间隔。派生的整个道路照明分布公式和相应的曲线给出了基本方法分析实际问题的相关结果LDE照明光学系统设计和研究基础。
关键词:计算机模拟、LDE阵列、光学仿真软件,理论分析
介绍：他半导体是一个21世纪的焦点和最引人注目的新技术相关领域的多元技术材料、设备结构、光学设计、包装技术、电源电路、灯、灯光效果和视觉匹配(Tsunemasa et
al .,2004;Murakmai et al .,2000;Uehida et al .,2000;爱德华et al .,1997)。他半导体是一个21世纪的焦点和最引人注目的新技术相关领域的多元技术材料、设备结构、光学设计、包装技术、电源电路、灯、灯光效果和视觉匹配(Tsunemasa et al .,2004;Murakmai et al .,2000;Uehida et
al .,2000;爱德华et al .,1997)。近年来高亮度LED breakthroughsin新技术,其应用程序继续扩大,已经进入了特殊照明领域,与一大群世界上主要发达国家的公司投入了人力和物力资源的研究和开发的高亮度LED和制定发展计划尽快克服技术困难,，进入照明领域。(Craford, 2002;
Mueller-Mach and Mueller, 2000; Aurélien et al., 2007). 中国超高亮度LED行业也受到各级政府的高度重视和大力支持,很多知名大学、研究机构和企业也大举投资研究的力量,超高亮度
LED的发展,想赶上世界先进水平。用于照明研究国内外还一直致力于光学结构设计:奥地利照明设计公司有14000个白色和混合颜色LED灯开发和灯光效果和视觉匹配的创新和研究整个房间照明,光线水平达到600 700勒克斯,足够一个普通的办公室照明,LED交通信号灯,许多城市在瑞典减少热量大传统交通灯的需要；美国通用电气公司,德国的西门子欧司朗公司日亚化学、日本索尼公司也致力于LED照明产品和照明系统的发展。中国也正式启动了“国家半导体照明工程”,形成了四个LED照明研发区珠江三角洲,长江三角洲,江西和福建、北京和大连等北部地区。为实现了从浅色照明和特殊照明一般照明的扩展,国家投入了大量的资金和人力。
LED发光原理和特点
发光原理:领导III-V化合物半导体砷化镓等差距,GaAsP,它的核心是一个PN结。所谓的PN结的p型半导体之间的过渡层和N型半导体。因此,它一般PN结电压特点,即:正向传导和反向阻断和故障特征。此外,在一定条件下,也有一个发光的特点,在这些PN结的半导体材料,如图1所示,电子从n型物质扩散到P区,而扩散的洞Ptype N-region材料,这种扩散导致的例子PN结形成高度的eΔV阻止电子和空穴的潜在障碍进一步传播达到平衡态。当PN结一个正向偏压电压时,即、P型材料连接到正极,N型材料然后消极,PN结屏障将减少,N区域的电子注入孔的P区和P区注入N区域,从而产生非平衡状态。这些注入的电子和空穴在PN结满足复合,多余的能量以光的形式释放,即。,电能为光能(Narendran,2005)。
LED特征
光谱特性:PN结的辐射光的波长取决于材料禁带如,即:
假设不同波长的光由于不同材料不同的带隙,所以发光二极管可以由不同的材料制成。发光二极管发出的光并不是一个纯粹的单色光,然而,除了激光,其光谱宽度比其他灯发出的光的光谱是狭窄的。例如,砷化镓发光二极管的光谱宽度只有25 nm。因此,它可以被认为是单色。电流/电压特性和电流的强度特征/发光:传统的led,单个发光二极管通常形成于大约0.2
- -0.3毫米的厚度PN结的芯片面积约0.4 * 0.4平方毫米,分别和P-surface和N-surface电极,然后一个epoxyresin包,一个包后,发光二极管相同的基本PN结的许多属性。发光二极管的电压特性和PN结电压特性,如图2所示,包括死区,工作区,反向死区故障区域。当应用正向电压小于起始电压,不克服障碍农场,PN结呈现更大的电阻器,正向电流非常小。发光二极管的
起始电压随不同的材料和不同的。当外加电压超过起始电压,克服势垒电场,正向电流的迅速增加,大量的空穴和电子注入复合发光,电流和电压之间的关系在这个时候可以表示如下(Uehida et al .,2000): 发光亮度发光二极管的正向电流密切相关。一般增强发射亮度的发光二极管的发光管和当前增加线性比例难以饱和;Zn-O掺杂差距红光发射发光二极管的亮度,很容易实现当前饱和度的增加。差距红色发光管发光,但浓度的锌、O掺杂不提高依赖Zn-O这样发光复合概率很低,少数载流子达到一定值,发光中心发生饱和,差距的黄色和绿色发光二极管,是建立电子替代P,N,等可以非常高的掺杂浓度,因此,为了达到一个非常高的不饱和浓度。
LED光学模型:光子LED芯片的有源层内产生一个随机的方式退出,因此从活跃层发出的光子的轨迹运行后也是随机的,即,四面八方的光子空间可能会退出。通常几部分,包括限制层、活性层,衬底,电极,在LED芯片,图3所示。
光源是非常小的,而一个小得多的距离光源和照明表面,它的大小可以忽略,可以作为一个点光源光源。与亮度的余弦公式通过第二章,可以推的点光源辐照垂直面和照明在平面上的投影与光源光强成正比。正常飞机之间的角入射光线和距离的平方成反比的,公式表示为:x
LED二次光学设计
领导的形状主要由气缸和半球形表面的过程中构建实体模型,可用的测量参数少,只有环氧树脂油缸和半球形表面设置参数。环氧树脂内的LED芯片,反光碗的形状和位置不准确测量光强度分布只能依靠估计得到模型空间,然后追踪射线后,并与实际测量的分布,因此,通过反复修改的参数模拟光强分布逐渐接近测量光强度分布,被认为是好当模拟光强分布和测量光强度分布在可接受的范围内,然后LED光学设计完成后就可以被可以使用。
Tracepro根据光学软件模拟步骤,第一个模型,从理论模型的前一节的LED照明灯和退出点当光子离开LED芯片表面的随机分布在芯片的表面和六个面的芯片的不同程度的退出,但芯片外围反射碗会改变LED芯片的边缘路径的即将离任的光子,除了芯片电极底部会吸收光子的一部分,所以我们可以使用多维数据集表示LED芯片,设置立方体的六个面光源,发光点在表面的随机分布,也就是说,芯片的发光特征六个面的集中定义在一个表面,这样可以加速光线跟踪的效率可以足够准确。平板电脑芯片的三个方面,反射器的碗和模具设置参数:光源的高度的大小,芯片的大小的孔径角反射器的碗,支架插入深度和镜头,模型图6所示。
反射碗张角变化:反射镜角很大时,直接从芯片发出的光线不变,更少的光折射的光线从反光碗发射气瓶更多的光,这样减少了正常的光强度;当反射碗张角很小,直接从芯片发出的光向圆柱形光变得越来越小,折射光线从反光碗变得大,光强度仍较小。图显示的光强度分布,倾向的变化引起的光强度的变化,角度但没有造成大的变化(表1)。
芯片深度的变化:随着深度的增加的芯片,反射碗从球面上更远,直射光的比例越小,也就是说,很大一部分全反射外的光线发生在另一个方向,而不是反射碗从光折射的比例变化,光线折射的钢瓶是增加,但这样的整个照明光的比例比小,这样的最大光强变得逐渐变小。角度的变化,表明芯片的深度有很大影响视角(表2)。
镜头的变化:随着透镜半径的增加,direct-out芯片的比例增加,折射光通过透镜相同的比例和圆柱形发出的光的比例小,由于半径的增加,反光碗事件影响的球形小入射角,偏离法律的球面折射角度的增加,光发散。光强分布更均匀,因此光强度逐渐变得更小,视角变得更大(表3)。
LED阵列照明分布
近年来,LED的光电转换效率持续改善,而不是其他照明产品与领导有很大的可能性。然而,一个超高亮度LED不达到的照度标准,有必要结合多个LED芯片。这种发光的发光表面成分既不均匀面光源,而不是一个点光源,而是一组发光中心的多元化,光线分布曲线,与传统光源,照明照明附件组成的装置,其功能是光通量重新分配,以达到合理利用光源的目的。这种发光的发光表面成分既不均匀面光源,而不是一个点光源,而是一组发光中心的多元化,光线分布曲线,与传统光源,照明照明附件组成的装置,其功能是光通量重新分配,以达到合理利用光源的目的。光学设计的LED照明系统的主要任务的光通量的计算，合理安排LED的位置，确定LED的的数量,以满足照明的需要。
两个LED阵列:在这种情况下,在一定程度上的目标表面照度分布、E的照度是领导在这两个叠加,如果两个LED间隔是d,然后我们遵循方程:
调整大小的d,与照射区域的一个领导,可以均匀的照度分布在更大的区域。这种安排的设计的起点是消除两个领导各自的辐照区域之间的峰值亮度最小值(Hinterberger和温斯顿,2006)。
环形LED阵列排列:在机器视觉的应用系统中,最常见的LED光源是一个环形阵列。处
理环半径,这样的目标表面上的照度分布E环N领导照度值的叠加:
环内的照度分布在中央区域半径,可以调节,这样目标表面大约均匀分布,而在(cos(2πn /
N),罪(2πn / N))的方向,特别是均匀。由于对称的安排在这个模型中,我们只需要研究照度分布沿一维方向轴的直径。优化环的半径和消除中心的最低照度值。
结论
重复光学建模后,我们完成射线跟踪系统性能的分析的基础上建立的照明光学系统的基本方法。光学设计的模型可以有效改善单一LDE法的光强度照明光学系统,它使用一个旋转抛物面反射体。射线跟踪结果表明:插入深度的反射体LDE根据不同的白色,有两个高峰值的光强度和不同的原因。此外,在这个阶段,LDE LDE LDE照明使用更多的阵列形式和数组大小的led灯的间距均匀性和良好的协议与理论计算和计算机模拟。基于上述结果,进一步研究LDE路灯照明照度分布的道路,影响路面照度分布的因素进行分析。
