使用微双透镜数组提高平面版照明LED均匀性

1、用micro-secondary透镜数组提高LED平板灯的照明均匀性摘要:LED平板灯是一个在最近几年创新的照明产品。然而,当前的平板灯产品还包含一些缺点,例如狭窄的照明领域和热点。在这项研究中,一个micro-secondary透镜阵列技术的提出和应用导光管表面的设计,提高照明均匀性。通过使用micro-secondary透镜阵列的烛光分布平坦面板灯可以类似于蝙蝠翼分布改善调整照明均匀性。实验结果表明,增强地板的照度均匀度大约是61%,和墙上照度均匀度约为20.5%。1.介绍随着LED光学效率的增长,许多创新产品在传统的照明产业发展迅速。然而,众所周知,LED照明产品通常指示光源。因此,他们

2、仍然没有完全适合整个室内部分照明市场由于室内照明市场需要各向同性照明产品。2008年,Tsuei等人提出了一种新的光学设计LED室内照明产品,可以提供更好的照明均匀性比传统丁字架荧光灯,照明均匀性和效率的可以有效增强1。最近,一个新的LED照明提出了产品,平板灯,和应用于家庭照明和办公室照明。当前设计的平板灯通常使用侧光式背光定理,和他们包含几个优点,比如薄卷和更均匀的亮度发射表面。但他们也包含一些缺点,比如狭窄的照明区域和热斑点。狭窄的照明区域通常结果指示光源的LED包,也容易形成热点在照明领域。在这项研究中,提出了一个创新的光学设计方法来提高照明一致性。在这里,micro-secondar

3、y透镜阵列技术的设计应用导光管表面提高照明均匀性。micro-secondary透镜阵列用于调整光强在每个角度。通过使用micro-secondary透镜阵列,烛光分布平板灯可以调整为蝙蝠翼分布.因此,它的照明空间的照明均匀性可以有效地改善。2、方法2.1 Micro-secondary透镜阵列设计光波导表面平板灯的光学设计通常是基于过去的设计师的设计经验导光管、反射器和扩散。在这项研究中,micro-secondary透镜阵列技术是申请发射表面平板光波导的设计改善照明均匀性。micro-secondary透镜阵列可以用来调整光线在每个角平板光强度。因此,我们试图调整烛光平板灯的分布类似于蝙蝠

4、翼分布。图1显示了放大的照片micro-secondary透镜阵列光波导表面,这是一种发散和统一的镜头。2.2 micro-secondary透镜的光学不变一个光学系统不会改变相空间的体积,也称为展度,雷通过它2 - 4。图2显示了为一线通过一个光学模型光学工程。在这里,我们希望source1的辐射和source2到达目标表面。的平面光学全反射。根据能源守恒定律,最终在目标表面上均匀照明的力量表示为一个表示目标表面的均匀照明的面积,E f是亮度吗目标表面,N是面板平面上的细胞的数量,我是细胞的面积,E i的亮度均匀平行辐射通过细胞C我,Etotal是辐射的总能量从source1 source2

5、10。2.3设计理念的蝙蝠翼光分布平板灯的设计通常是基于液晶侧光式背光定理5。一般的平板灯可以提供几乎均匀的亮度,但实际上,他们的灯饰还不够统一。因此,在这项研究中,我们试图设计平板在每个角调整光的发光强度。的烛光分布提出平板灯设计将类似蝙蝠翼分布,可以提供更均匀的照明在地板上。在这里,我们定义照明的性能统一的比率平均照度和最低照度,及其公式如下。U表示照明均匀性的性能。表示分别的最低照度和普通照明。2.4射线跟踪方法光学系统由蒙特卡罗方法模拟。蒙特卡罗方法是一种技术涉及到使用随机数和概率来解决问题,和通常是应用对于复杂的非线性模型,涉及的不仅仅是几个的问题不确定的参数。它是一个类的计算算法依

6、赖于重复随机的抽样模拟射线追踪,可以提供比其他更快的模拟性能计算算法,如FDTD方法,等。然而,它的缺点是,它可能导致错误的结果,如果光线不足6。3光学模拟3.1 Micro-secondary透镜阵列LED平板灯设计设计1:柱透镜平板灯的光学系统设计通过使用透镜阵列技术通过蒙特卡罗模拟方法。图3显示了平板灯的光学系统。图4和图5的侧面和顶部视图图片光线的痕迹导光管。最射线将从表面折射1和3。它可以调整光轴角表面1和3的设计表面曲率,实现蝙蝠翼平板灯的分布。柱透镜尺寸小于1毫米和方面几乎是1:1的比例。柱透镜的pmma,它可以提供更好的透光率聚碳酸酯。顶部的柱透镜是一个四边形的形式。这是相同的

7、光分布与平行灯。设计2:自由的镜头自由形式的透镜的形状也同样圆柱。镜头直径小于2毫米和它的高度是1.5毫米。自由形式的镜头也由pmma。免费的形成透镜可以提供更好的注入比柱透镜因其性能high-symmetrically圆柱形状。然而,它也可能导致严重的杂散光。射线从第一表面和表面3容易进入其他自由形式的镜头。虽然光学自由形式的透镜的效率低于柱透镜,它可以改善照明有效的均匀性。图6显示了自由的平板灯的透镜光学系统。图7和图8是自由格式的镜头侧面和顶部视图的形式自由的镜头射线追踪。3.2模拟为空间照明的LED平板灯(一)空间照明模拟商业平板灯当前平板灯的烛光分布通常是由于不够统一他们的观点角度几

8、乎超过70%流明关注视角。表1显示了一个计算机教室的空间维度,反射系数不同的材料,和商业LED平板灯的照明规范。在这里,平板灯60厘米大小的x 60厘米被用在这台电脑的房间,和他们的烛光分布图9所示。一般的办公室照明设计是设置一盏灯间距1.8米。我们希望提高室内照明效率,然后减少灯的数量能源消耗。因此,在这项研究中,灯的安排是设置一盏灯间距2.4米。在这里,空间照明效率被Dialux模拟。这显然表明空间照明效率取决于灯的烛光分布和空间维度的计算机的房间。主要的和最大的照明是集中的中心,几乎光线集中在底部的灯。图10和图11所示显示假色性能和灰度商业平板灯的性能在计算机的房间。结果表明,底部的灯

9、和照明附近的中心计算机房明显比其他地区强。区别他最大的照明和之间的平均照度的中心计算机房甚至超过500勒克斯。因此,空间照明性能明显不均匀,有很多黑暗的地区在拐角处的墙壁电脑教室。(b)重新设计的平板灯的照明模拟空间设计1:柱透镜导光管表面被重新设计通过应用micro-secondary透镜阵列。照度均匀性在空间照明可以有效地增强通过调整透镜的曲率和曲率是小于1毫米。通过调整强度角度,重新设计的平板的烛光分布光图12所示。在这里,边界条件的计算机教室空间维度也参考表1。图13和图14显示了假色性能和灰度的性能重新设计的平板灯分别在计算机的房间。显然,照明均匀性的重新设计的平板灯比商业平板灯。之

10、间的差异最大是平均照度的中心计算机房只有150勒克斯,计算机教室的墙壁少100勒克斯。设计2:自由的镜头平板灯的光学系统是由自由弯曲透镜设计的。远场分布的形式自由的镜头,图15所示,是一个蝙蝠翼战斗机分布,可以增强图像的照明均匀性计划。狭窄的视角特性烛光分布的平均照明形式自由的镜头在地板上比柱透镜和前平板灯。自由的镜头比的一致性前平板灯的,但比这更糟的柱透镜。提议的自由格式的镜头可以提高平均照明在地板上。因此,它适用于高照明空间设计,但不适合软照明空间设计。图16和图17假色性能和灰度自由格式的平板灯的性能电脑教室空间。4、实验结果光波导的设计是一个重要的光学组件的LED平板灯,和也影响照明均匀性的表现。然而,光波导的设计当前平板灯还不完美,特别是,视角和强度分布在每个角度。光波导是重新设计通过使用micro-secondary透镜阵列技术提高照明均匀性,和前辈们提出和文件商业LED平板灯被导入到电脑教室模型空间照明模拟。表2显示了表演的提议和商业持平面板灯在计算机教室。照明均匀性的性能在地板上和墙上进行比较。提高照明均匀性在地板上的墙分别约61%和20.5%。如果地板和墙壁上的