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摘 要：人们生活质量的不断提升给照明工作带来了较大的发展挑战，人们对照明工作提出了更高的要求。LED平板灯的使用频率较高，因此其使用情况直接关系到人們的正常生活水平提升。通过调查不难发现，当前的侧入式LED平板灯出光效率有待提升，导光板的制造成本也较高，为此工作人员结合实际需求设计了一种无导光板的新型LED平板灯，其相关结构模型和光学模型都得到了较好的设计。通过相关的模拟实验不难看出，如果LED平板灯的单窗格面积和厚度、投射角合理的情况下，LED平板灯光面板上的照度均匀度将得到很大程度的提升。
关键词：LED平板灯;照度;侧入式;无导光板;设计
1.前言
最近几年，人们对LED照明技术提出了更高的发展需求，LED照明技术的飞速发展给人们的日常生活带来了较大的改变，LED平板灯的出现和运用提升了照明技术水平。传统的照明灯具与LED平板灯相比处于劣势地位，LED平板灯的光线较为柔和且发光面积较大，关照更加均匀，节能环保效果较好等，已经成为当前室内照明的首选产品。目前，LED平板灯主要采用直下式与侧入式两种。直下式LED平板灯的光源安装在灯箱的底面，由于必须保证一定的混光距离才能使照度均匀，限制了平板灯的厚度，使平板灯具显得厚重;与之相比，侧入式LED平板灯将光源安装在灯箱的侧面，使用导光板（LGP）进行混光，没有混光距离的限制。但是LED发出的光线在LGP内经多次耦合才到达扩散板，光损较大;而且LGP的加入使得灯具重量较重，价格较高。为此，本文研究一种侧入式无LGP的LED平板灯，运用辅助柱面透镜方法实现灯具的照度均匀性，以实现LED平板灯造型轻薄和低成本。通过理论建模和模拟仿真，得到LED平板灯的最优设计参数，并进行了实验验证。
2.侧入式无导光板LED平板灯设计的模型分析
2.1无导光板的LED平板灯设计结构模型分析
为了更好地满足人们对照明的需要，工作人员需要结合当前建筑设计观念和人们的采光需求设计侧入式无导光板LED平板灯结构，把其设计成窗式结构，采用多窗格组合以实现大面积照明。每一窗格的内部结构较为复杂，主要包括LED灯条、反射槽、柱面透镜、出光面板及后面板。其中，LED灯珠发出的发散光束，通过柱面透镜会聚并掠射在出光面板上。出光面板为透射型扩散板，后面板为漫反射板。由于光线没有经过多次反射损失，所以无LGP的LED平板灯比一般LGP式LED平板灯的出光效率高。
2.2无导光板的LED平板灯设计光学模型分析
通过实际调查研究不难看出，平凸柱面透镜对照明光线聚散度的影响较大，如果是数值入射面的光线则不会出现会聚现象，而水平入射面的光线经柱面透镜后产生会聚。这样，LED灯珠发出的发散光束通过柱面透镜后，投射在垂直于出射光轴的平面上呈现为细长条光斑;而掠射在几乎平行于出射光轴的平面上呈现为长方形光斑。因此，在x方向可增加相邻LED输出光线的交叠区，减小光束交叉阴影;在z方向可使光束集中投射在需要的区域内。在灯具的光学设计中，LED排列方式是一个重要的设计要素。LED发出的光线都是以照度圆的叠加方式进行混光，合适的排列方式可以削减混光盲区所占的比例，有助于提高均匀度，侧入式无LGP的LED平板灯的LED采用双边线形阵列排布。
3.侧入式无导光板LED平板灯设计参数的进一步完善
设计工作人员需要认真落实好每一项设计任务，发光面积应该控制在0.45m2左右，并把无导光板LED平板灯的窗格划分成4个，每个窗格大小为240mm×300mm。平板灯的总厚限制在15mm以内。其它参数为：LED灯珠中心到平板灯出光面板的距离y=8mm，LED芯片的发光面积为1mm×1mm，平凸柱面透镜的半径为4mm，LED之间的间距d=9mm，单颗LED灯珠的功率为0.06W，LED平板灯整灯的功率约34.6W。LED阵列之间的距离对照度均匀度的影响较大。从图可以看出，随着LED阵列之间的距离l增加，出光面板的照度均匀性随之减小;当l=240mm时，均匀度为85.5%，可以满足普通照明要求。
4.侧入式无导光板的LED平板灯设计实验分析
经过上文的相关理论分析及仿真设计需求，实验工作人员开展了以下关于无导光板的LED平板灯实验。结合上文中的相关结构模型设计制作了窗格结构LED平板灯，分为4个窗格，每个窗格大小为240mm×300mm，平板灯的总厚为15mm。其中，后面板采用高效率漫反射白色塑料板;柱面透镜采用亚克力（PM-MA）材料，平凸结构，曲率半径为4mm;LED灯条的宽约8mm，灯珠之间的距离为9mm;出光面板为高效率透射型PMMA扩散板。由于LED平板灯出光面板的亮度值与平板灯内LED投射在出光面板上的照度值成正比，为了便于与理论模拟结果对比，以下实验测试结果以照度值代替出光面板的亮度值。
经过相关实验可以看出，随着平板灯内两LED阵列之间距离l的增加照度分布均匀性随之降低，与理论模拟分析结果相符，说明存在最大距离l使满足设计要求。如果投射角度为3°和4°时出光面板的照度均匀性好于2°和5°情况，说明存在最佳投射角度，与理论模拟分析结果相符。对于不同的LED阵列之间的距离l，存在不同的最佳LED投射角α，当LED阵列之间的距离l=240mm时，最佳投射角度在3°～4°之间，与理论仿真结果基本吻合。此时，出光面板的照度均匀度可达86.3%。
5.结论
本文主要研究分析了侧入式无导光板LED平板灯的设计工作，工作人员可以借助柱面透镜完成侧面入射LED发散光束的会聚，通过掠射和叠加方法实现出光面板的照度均匀性，并利用九宫格取值法和TracPro软件进行参数优化。本文设计的LED平板灯结构，对提高平板灯的出光效率和降低LED平板灯的生产成本，提供了一定的参考依据，符合平板灯轻薄化、大尺寸和高能效的发展方向。
参考文献：
[1]王洪，叶菲菲，黄华茂，等.高照度LED芯片的反射型电流阻挡层设计与实现[J].光电子？激光，2012，23（6）：1077-1081.
[2]肖箫，文尚胜，陈建龙，等.直下式LED背光源模组第二扩散导光板光学特性分析[J].光电子？激光，2013，24（4）：679-686
关键词：LED平板灯;照度;侧入式;无导光板;设计
1.前言
最近几年，人们对LED照明技术提出了更高的发展需求，LED照明技术的飞速发展给人们的日常生活带来了较大的改变，LED平板灯的出现和运用提升了照明技术水平。传统的照明灯具与LED平板灯相比处于劣势地位，LED平板灯的光线较为柔和且发光面积较大，关照更加均匀，节能环保效果较好等，已经成为当前室内照明的首选产品。目前，LED平板灯主要采用直下式与侧入式两种。直下式LED平板灯的光源安装在灯箱的底面，由于必须保证一定的混光距离才能使照度均匀，限制了平板灯的厚度，使平板灯具显得厚重;与之相比，侧入式LED平板灯将光源安装在灯箱的侧面，使用导光板（LGP）进行混光，没有混光距离的限制。但是LED发出的光线在LGP内经多次耦合才到达扩散板，光损较大;而且LGP的加入使得灯具重量较重，价格较高。为此，本文研究一种侧入式无LGP的LED平板灯，运用辅助柱面透镜方法实现灯具的照度均匀性，以实现LED平板灯造型轻薄和低成本。通过理论建模和模拟仿真，得到LED平板灯的最优设计参数，并进行了实验验证。
2.侧入式无导光板LED平板灯设计的模型分析
2.1无导光板的LED平板灯设计结构模型分析
为了更好地满足人们对照明的需要，工作人员需要结合当前建筑设计观念和人们的采光需求设计侧入式无导光板LED平板灯结构，把其设计成窗式结构，采用多窗格组合以实现大面积照明。每一窗格的内部结构较为复杂，主要包括LED灯条、反射槽、柱面透镜、出光面板及后面板。其中，LED灯珠发出的发散光束，通过柱面透镜会聚并掠射在出光面板上。出光面板为透射型扩散板，后面板为漫反射板。由于光线没有经过多次反射损失，所以无LGP的LED平板灯比一般LGP式LED平板灯的出光效率高。
2.2无导光板的LED平板灯设计光学模型分析
通过实际调查研究不难看出，平凸柱面透镜对照明光线聚散度的影响较大，如果是数值入射面的光线则不会出现会聚现象，而水平入射面的光线经柱面透镜后产生会聚。这样，LED灯珠发出的发散光束通过柱面透镜后，投射在垂直于出射光轴的平面上呈现为细长条光斑;而掠射在几乎平行于出射光轴的平面上呈现为长方形光斑。因此，在x方向可增加相邻LED输出光线的交叠区，减小光束交叉阴影;在z方向可使光束集中投射在需要的区域内。在灯具的光学设计中，LED排列方式是一个重要的设计要素。LED发出的光线都是以照度圆的叠加方式进行混光，合适的排列方式可以削减混光盲区所占的比例，有助于提高均匀度，侧入式无LGP的LED平板灯的LED采用双边线形阵列排布。
3.侧入式无导光板LED平板灯设计参数的进一步完善
设计工作人员需要认真落实好每一项设计任务，发光面积应该控制在0.45m2左右，并把无导光板LED平板灯的窗格划分成4个，每个窗格大小为240mm×300mm。平板灯的总厚限制在15mm以内。其它参数为：LED灯珠中心到平板灯出光面板的距离y=8mm，LED芯片的发光面积为1mm×1mm，平凸柱面透镜的半径为4mm，LED之间的间距d=9mm，单颗LED灯珠的功率为0.06W，LED平板灯整灯的功率约34.6W。LED阵列之间的距离对照度均匀度的影响较大。从图可以看出，随着LED阵列之间的距离l增加，出光面板的照度均匀性随之减小;当l=240mm时，均匀度为85.5%，可以满足普通照明要求。
4.侧入式无导光板的LED平板灯设计实验分析
经过上文的相关理论分析及仿真设计需求，实验工作人员开展了以下关于无导光板的LED平板灯实验。结合上文中的相关结构模型设计制作了窗格结构LED平板灯，分为4个窗格，每个窗格大小为240mm×300mm，平板灯的总厚为15mm。其中，后面板采用高效率漫反射白色塑料板;柱面透镜采用亚克力（PM-MA）材料，平凸结构，曲率半径为4mm;LED灯条的宽约8mm，灯珠之间的距离为9mm;出光面板为高效率透射型PMMA扩散板。由于LED平板灯出光面板的亮度值与平板灯内LED投射在出光面板上的照度值成正比，为了便于与理论模拟结果对比，以下实验测试结果以照度值代替出光面板的亮度值。
经过相关实验可以看出，随着平板灯内两LED阵列之间距离l的增加照度分布均匀性随之降低，与理论模拟分析结果相符，说明存在最大距离l使满足设计要求。如果投射角度为3°和4°时出光面板的照度均匀性好于2°和5°情况，说明存在最佳投射角度，与理论模拟分析结果相符。对于不同的LED阵列之间的距离l，存在不同的最佳LED投射角α，当LED阵列之间的距离l=240mm时，最佳投射角度在3°～4°之间，与理论仿真结果基本吻合。此时，出光面板的照度均匀度可达86.3%。
5.结论
本文主要研究分析了侧入式无导光板LED平板灯的设计工作，工作人员可以借助柱面透镜完成侧面入射LED发散光束的会聚，通过掠射和叠加方法实现出光面板的照度均匀性，并利用九宫格取值法和TracPro软件进行参数优化。本文设计的LED平板灯结构，对提高平板灯的出光效率和降低LED平板灯的生产成本，提供了一定的参考依据，符合平板灯轻薄化、大尺寸和高能效的发展方向。
参考文献：
[1]王洪，叶菲菲，黄华茂，等.高照度LED芯片的反射型电流阻挡层设计与实现[J].光电子？激光，2012，23（6）：1077-1081.
[2]肖箫，文尚胜，陈建龙，等.直下式LED背光源模组第二扩散导光板光学特性分析[J].光电子？激光，2013，24（4）：679-686