LED室内灯导光板的光学模拟和设计
微结构导光板在LED照明中应用探索
微结构导光板在LED照明中应用探索一、微结构导光板技术概述微结构导光板是一种新型的光学元件，其设计基于微观结构的精确排列，用以控制光的传播路径。
这种技术在LED照明领域展现出了巨大的潜力，因其能够显著提高光效和降低能耗。
微结构导光板的设计和制造涉及到复杂的光学、材料科学以及精密工程等多个领域。
1.1 微结构导光板的基本原理微结构导光板的核心原理是利用微观结构对光线进行有效的控制和引导。
这些结构通常以周期性排列的方式存在，能够通过折射、反射和散射等光学现象，将光线按照预定的路径进行传输。
1.2 微结构导光板的设计要素设计微结构导光板时，需要考虑多个要素，包括但不限于结构的尺寸、形状、排列方式以及材料特性等。
这些要素共同决定了导光板的光学性能和应用效果。
1.3 微结构导光板的制造工艺微结构导光板的制造工艺通常较为复杂，涉及到精密的模具设计、材料选择以及成型技术。
随着制造技术的进步，如3D打印等，微结构导光板的生产变得更加灵活和高效。
二、微结构导光板在LED照明中的应用LED照明因其高能效、长寿命和环境友好等特性，已成为照明市场的主流选择。
微结构导光板的应用，进一步提升了LED照明的性能和应用范围。
2.1 微结构导光板在LED照明中的作用微结构导光板在LED照明中主要起到以下几个作用：提高光的利用率、实现均匀照明、减少眩光、以及优化照明效果等。
2.2 微结构导光板的LED照明设计在设计LED照明系统时，微结构导光板的集成是一个关键环节。
设计师需要根据照明需求，合理规划导光板的结构参数和布局，以达到最佳的照明效果。
2.3 微结构导光板的LED照明效果评估评估微结构导光板在LED照明中的效果，需要考虑多个指标，如光效、均匀性、色温和显色性等。
通过实验和模拟，可以对导光板的性能进行全面的测试和优化。
三、微结构导光板技术的发展趋势与挑战随着技术的不断进步，微结构导光板在LED照明领域的应用前景广阔，但也面临着一些挑战。
LED光源的光学设计
LED光源的光学设计
LED光源的一次光学设计
每一个LED光源都有一个特定的光强分布特性，即配光曲线，我们称这个过程叫一次光学设计。
大多数情况下，LED光源的配光曲线为朗伯型，即发角强度随角度变化呈余弦分布：
其它几种比较常见的LED光源一次配光：
LED光源的一次配光与二次光学设计之间的相互配合是非常关键的，为方便二次光源透镜的设计将尽可能使用不会改变原始芯片出光规律的光源，即出光特性为朗波型的LED光源。
LED光源的二次光学设计
一般情况下，LED光源的本身的出光角度和光强分布不能满足特性情况下的应用条件，所以有必要进行二次配光来改变光源的光线输出，来达到实际的应用要求。
二次光学设计的主要作用通常为以下三种类型：
1. 分散：把LED光源发出来的光线分散，以形成更大的角度以达到在接收屏（平面）形成更均匀的光斑（如顶棚灯，直射式电视背光透镜等）。
2. 汇聚：把LED光源的光线聚集到更小的范围内，以提高中心发光强度（如投射灯，舞台灯等）。
光学人生
= lm_optical =。
导光板设计流程
导光板设计流程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：导光板是一种广泛应用于LED照明产品中的光学元件，它能够有效地引导光线，提高光的利用率和均匀度。
导光板的设计流程十分重要，它直接影响着LED灯具的光学性能和生产成本。
本文将介绍导光板设计流程的一般步骤，希望对大家有所帮助。
第一步：确定设计需求在进行导光板设计之前，首先需要明确产品的使用环境和要求，包括光源的参数（光通量、光角等）、照明区域的大小和形状、光学性能要求（均匀度、亮度等）以及材料和制造工艺的限制等。
只有明确了这些设计需求，才能有针对性地进行导光板设计。
第二步：建立光学模型根据设计需求，建立导光板的光学模型是设计的关键步骤。
通常可以使用光学设计软件（如Zemax、TracePro等）来进行模拟和优化。
在建立光学模型时，需要考虑光源的位置和特性、导光板的形状和材料、以及光线的反射、折射和漫射等光学效应。
第三步：优化设计参数通过光学模拟，可以得到不同设计参数对导光板性能的影响。
根据模拟结果，对导光板的形状、表面结构、材料等设计参数进行优化，以达到最佳的光学性能。
同时需要考虑制造成本和生产工艺等因素，综合考虑进行综合优化。
第四步：制作样品验证完成设计优化后，需要制作导光板样品进行验证。
通过实验测量，可以验证设计的光学性能是否符合需求，并进一步优化参数。
在制作样品时，需注意选择合适的材料和制造工艺，以确保导光板的稳定性和可靠性。
第五步：批量生产经过样品验证后，如果导光板的光学性能符合要求，就可以进行批量生产。
生产阶段需要关注生产工艺和质量控制，以确保每一块导光板的质量一致性。
对生产后的导光板进行检测和调整，以保证产品的稳定性和性能。
导光板设计流程包括确定设计需求、建立光学模型、优化设计参数、制作样品验证和批量生产等步骤。
通过系统的设计流程，可以设计出具有高光学性能和稳定性的导光板，为LED照明产品的性能提升和成本降低提供技术支持。
希望本文能对大家了解导光板设计流程有所帮助。
导光板的设计及制作_图文(精)
苏州大学硕士学位论文导光板的设计及制作方法研究**:***申请学位级别:硕士专业:光学工程****:***20090401光线追踪图及照度分布图中可以发现:当导光板上无网点结构时,耦合进入导光板内的光线由光源近处向光源远处传播过程中,由于导光板上没有微结构来破坏光的全反射,所以导光板成为一个平面波导,最终大部分光线在导光板的边缘处射出导光板外,而导光扳上表面几乎没有光线射出。
3∞0均匀分布的嘲点结构模型在建模时,利用Reptile在导光板的底部设置为均匀分布网点,网点的表面属性设置为DiffuseWhite,网点形状为sphere,M点向导光板内凹陷;网点半径为0.04m、网点深度为0.09mm、网点间距为O15mm。
在每颗LED追踪光线数100000条和波长为0.5461』埘(绿光条件下进行光线追踪,然后将观察屏的参数Map Count设为12,照度图形的分辨率设为256x256,使得照度图形均匀化处理前后不发生明显的变化;最后得到照度输出分布图及导光板中间横向和光源附近纵向照度分布曲线图,如图3_6所示。
■蜀置■—■图3石均匀阿点结构导光板照度分布及横纵向照度分布曲线图从图3.6和图3—7中可以旋现:1、当导光板底面为均匀分布网点时,导光板上表面的光照度由光源近处向光源远处(纵向逐步递减:2、在导光板入射光源耦合处前段,导光板的光照度明显较强,在入射光源耦合处之间有暗区。
3、导光板中后部横向分布较均匀。
3.333v型入光侧结构模型在前面均匀分布的网点结构模型基础上,将导光板入光面设置为v-cut的结构让3.4本章小结莓ij=二=j要Z譬至蠢三j篡___#:j:j:j:j:二#:j苹#.=二j=:=≈=j菱主三三jj:--jj_!_j_蔓j 每毫了———釜””1’”。
:☆1……“图3-912点测试示意图本章对1hc印∞光学模拟软件的功能进行了介绍,然后利用Traccpro模拟设计了LED的简化模型,并分析了无网点结构、均匀网点结构、v型入光侧结构以及渐变网点结构对导光板的导光效果的影响,其基本结论如下:1导光板底面无网点结构时,光线在导光板内全反射,导光板上表面几乎没有光线射出;2导光板底面为均匀网点结构时,导光板上表面的光照度由光源近处向光源远处(纵向逐步递减,入射光源耦台处之间有暗区;3在入光侧采用v型结构,可以改变光源发敝角扩大,使光源附近光照度分布较均匀;4通过优化导光板的网点结构参数.可以得到较好的导光效果的导光板结构模型,■口■■。
雷士 室内LED灯具的二次光学设计2
室内照明灯具分类
功能分类
基础照明
实现灯具
筒灯 灯管 面板灯 射灯
室内照明
重点照明
格栅射灯 天花灯
装饰照明
灯条 霓虹灯
室内LED灯具及效率分析
散热结构
Tj=60oC,光效 下降10%-20% 驱动效率 损失>10% 二次光学 损失>10%
电源 &控制器
灯具
LED
光学结构
•LED component效率已经达到100lm/w以上，经过灯具设计后效率只有50-60lm/w •精确高效的光学，散热，以及驱动设计对于提高灯具效率至关重要。
LED在室内照明中的应用
建筑能耗比分类
暖气，通 风，空调和 制冷 40% 办公室设备 10% 热水 15%
照明 35%
建筑能耗比例
美国DOE关于2030年半导体照明节能 在不同应用场合和照明质量要求的分类
• 照明能耗占到建筑能耗的35%。 • 商业照明和居家照明（室内建筑照明）节能起到了主要的贡献。 • 加快室内照明中半导体照明进入的步伐的进度将会对节能起到更快的 推动作用。
混光腔结构示意图
白光LED，CRI<75
Color LED
CRI>90
利用混光腔，可以设计高效高显色指数的照明系统
结论
• LED高效，长寿命，方向性强的特点使得LED在室内照明的应用大有前途。 • 室内LED灯具的散热，驱动和光学设计效率对于LED灯具设计至关重要。 • 不同的应用场合，不同的配光要求需要配合不同的二次光学设计
二次光学设计 透镜 反射器 混光腔
光线控制
效率
成本
一般应用场合
半光强角度<60度的重点照明灯具如射灯，天花灯 半光强角度>80度的基础照明或重点照明灯具，如 射灯，筒灯 基础照明灯具，要求出光均匀，无眩光，高显色性 的场合
LED灯具二次光学设计
高压钠灯 338 90%(电 47% 75% 120 子镇流 器)
金卤灯
288
90%
51% 70%
100
LED
355
当前光效约60~140 lm/W
光效的理论/ 技术极限 (lm/W)
355 （假定外量子 效率=100%）
光效很难提高的原因
辐射中红外光谱太多，反射红外 线的方法可略增加
荧光粉能量转换效率原理性低
照明灯具、照明应用或 LED 设计及应用 导光管（ light pipes ）、背光板 (Backlight Light) 、 前光板等等 相机系统、投影显示系统 杂散光分析 汽车照明系统（ automotive lighting ）：前头灯、尾 灯、内部及仪表照明 红外线成像系统（ infrared imaging systems ） 薄膜光学（ tissue optics ）
LED的二次光学设计
LED的二次光学设计
LED的二次光学设计
LED的二次光学设计
光源效率
一、灯具系统的效率
电
灯具效率
源
光 学
结
照明利用系数
构
区
要
域
求
外 的 光
照 明 区 域
二、几种主要光源的性能
1、各种光源的光效比较
光源种类
辐射光 谱效率K (lm/W)
镇流器 效率
光辐 射效 率
白炽灯
154
100% 48%
可见 辐射 百分 比
20%
光效 (lm/W
)
15
荧光灯
289 90%(电 45％ 85% 100 子镇流 器）
• ASAP （成像与非成像光学）
TracePro 是一套能进行常规光学分析、设计照 明系统、分析辐射度和亮度的软件。它是第一套 以符合工业标准的 ACIS(固体模型绘图软件)为核 心所发展出来的光学软件， 是一个结合真实固体 模型、强大光学分析功能、信息转换能力强及易 上手的使用界面的仿真软件， 它可将真实立体模 型及光学分析紧紧结合起来，其绘图界面非常地 简单易学。
LED照明系统的光学设计与照明控制
LED照明系统的光学设计与照明控制随着科技的不断发展，LED（Light Emitting Diode）照明系统越来越被广泛应用于室内和室外照明领域，具有低能耗、长寿命、环保等优势。
然而，要充分发挥LED照明系统的优势，光学设计和照明控制是至关重要的。
本文将重点介绍LED照明系统的光学设计和照明控制原理，并探讨其在实际应用中的重要性和挑战。
一、LED照明系统的光学设计LED照明系统的光学设计是指对光源的控制和引导，以实现预期的照明效果。
在LED照明系统中，光源是LED芯片，其发光特性和光线分布决定了照明效果的质量和可靠性。
1. 发光特性LED芯片的发光特性包括色温、发光效率、发光角度等。
色温是指光源经过加热后的颜色特性，常用的单位是开尔文（K）。
选择合适的色温可以调整照明系统的色彩和氛围，满足不同场景的需求。
发光效率是指LED芯片将电能转化为光能的效率，高效率的LED芯片可降低能耗和热量产生，延长照明系统的使用寿命。
发光角度是指LED光线的发射方向范围，不同角度的发光角度可以实现不同的照明效果，如聚光、泛光等。
2. 光线分布LED芯片发出的光线需要经过透镜和反射器等光学器件的控制和引导，才能达到预期的照明效果。
透镜是一种能够将光线聚焦或分散的光学器件，通过改变透镜的曲率和形状，可以实现光线的控制和调整。
反射器则是一种能够将光线反射或折射的光学器件，通过反射器的设计和安装，可以改变光线的方向和强度，实现特定的照明要求。
二、LED照明系统的照明控制LED照明系统的照明控制是指通过智能设备和系统，对照明效果进行调节和管理。
照明控制技术可以实现灯光亮度、色温、颜色等参数的调整，满足不同使用场景的需求，并提供舒适的照明环境。
1. 灯光亮度调节灯光亮度调节是照明控制中最基本的功能之一。
通过调整LED芯片的驱动电流或使用调光器等装置，可以实现灯光的亮度调节。
对于不同的使用场景，如办公室、餐厅、剧院等，可以根据需求调节灯光的亮度，提供舒适的视觉体验。
导光板设计流程
导光板设计流程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：导光板是一种应用广泛的光学材料，在LED照明领域起着至关重要的作用。
导光板设计的质量将直接影响到LED灯具的光效和光均匀性，因此设计流程的严谨性和合理性是至关重要的。
一、需求分析在设计导光板之前，首先需要进行灯具的光学需求分析。
包括光源的位置、功率、发光角度、以及灯具的照明范围和照度要求等。
只有明确了这些需求，才能有效地进行导光板设计。
二、选择合适的导光板材料导光板常见的材料有有机玻璃、PC（聚碳酸酯）以及PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）等。
不同材料的透光性、耐热性、韧性等性能有所不同，根据具体的使用环境和要求选择合适的材料。
三、设计导光板结构导光板的结构设计是导光板设计流程中的关键一步。
根据需求分析确定导光板的尺寸、厚度、几何形状以及表面纹理等，以确保光线能够有效地被导光板引导和均匀分布。
四、光学仿真分析在设计导光板的过程中，进行光学仿真分析是必不可少的步骤。
通过计算机辅助设计软件，可以模拟光线的传播过程，优化导光板的结构，提高光效和光均匀性。
五、制作导光板样品在光学仿真分析的基础上，制作导光板样品进行实际测试和评估。
通过对样品的实际测试，可以验证仿真分析的准确性，进一步优化导光板的设计。
六、导光板生产经过样品测试验证后，确定最终的导光板设计方案，进行批量生产。
在生产过程中，需要保证生产设备和工艺的精准度和稳定性，以确保导光板的质量和性能。
七、灯具组装与调试最后将生产好的导光板与LED光源进行组装，进行整体照明系统的调试和优化。
通过对灯具的照明效果进行评估，不断改进和优化导光板的设计和生产工艺，提高LED灯具的光效和光均匀性。
导光板设计流程是一个综合考虑光学、材料、结构以及生产工艺等多方面因素的过程。
只有严格按照设计流程进行设计和生产，才能生产出性能优良的导光板，为LED照明领域的发展和应用提供强有力的支持。
第二篇示例：导光板是一种用于LED照明产品中的重要组件，可以有效地将LED发出的光线均匀地传输到整个灯具表面，提升照明效果。
导光板设计流程
导光板（Luminous Guide Panel，简称LGP）是一种用于导引光线并将其均匀分布的光学元件，常用于液晶显示器（LCD）背光模块、照明设备和指示牌等。
设计一个高效的导光板需要考虑光学、材料和制造工艺等多个方面的因素。
以下是导光板设计的基本流程：1. 确定设计目标：确定导光板的应用场景，如LCD背光、照明等。
确定所需的光线分布模式，比如均匀分布、特定图案分布等。
确定导光板的尺寸和厚度。
2. 选择材料：选择合适的基底材料，如塑料、玻璃或亚克力等。
选择合适的涂层材料，如硬化涂层、增亮涂层等。
选择合适的光学等级材料，以满足光学性能要求。
3. 光学设计：利用光学模拟软件（如Zemax、LightTools等）进行光学建模和仿真。
设计导光板的几何形状，如矩形、圆形、波浪形等，以及表面图案，如微结构、光栅等。
优化光学结构，以实现所需的光线分布效果。
4. 结构设计：设计导光板的支撑结构，确保在制造和安装过程中保持形状和稳定性。
设计导光板与光源的连接方式，如透镜、光纤等。
5. 制造工艺考虑：考虑导光板的制造工艺，如注塑、真空镀膜、机械加工等。
确定制造过程中的关键参数，如材料厚度、表面粗糙度、结构完整性等。
6. 原型制作与测试：制作导光板的物理原型或样件。
对样件进行光学性能测试，如亮度、均匀性、视角等。
根据测试结果调整设计，以优化性能。
7. 成本分析：评估设计方案的制造成本，包括材料、工艺和人工等。
寻找成本优化的可能性，同时不牺牲性能。
8. 批量生产准备：准备批量生产所需的模具、设备和技术文件。
进行小批量试产，确保生产过程的稳定性和产品质量。
9. 质量控制：建立质量控制标准，包括光学性能和机械强度等。
实施严格的质量检查流程，确保产品符合设计要求。
通过上述流程，可以设计出满足特定需求的高性能导光板。
设计过程中需要不断迭代和优化，以达到最佳的光学效果和成本效益平衡。
背光源导光结构仿真模型及其光学特性研究
背光源导光结构仿真模型及其光学特性研究徐胜;徐玉珍;陈恩果;郭太良【摘要】本文研究了侧入式LED背光源导光结构的仿真及现实因素对背光源出光效果的影响。
首先分析了导光结构的主要功能、特性以及相关理论基础；之后针对其出光特性提出一种简化而准确的仿真模型；最后结合生产实践，重点分析了LED光源与导光板的结构匹配，导光板薄形化处理，以及网点优化设计等关键因素变化对背光源出光效果的影响，并进行了实验验证。
该研究对导光板的结构参数提出了合理的优化设计需求，对生产具有一定的实际指导意义。
%The simulation of the light-guide structure of the edge-lit LED backlight source and the influence of the practical factors on the light source are studied. Firstly, the main functions and characteristics of the edge-lit backlight light structure are briefly analyzed, and the corresponding theoretical basis is provided. Then, a simplified and accurate light guide structure simulation model is proposed based on the optical characteristics of light-guide structure, and the model is simulated with the optical software of TracePro. Finally, an in-depth discussion and analysis on the characteristics and influences oflight-guide structure of the LED backlight source is presented with the actual processing practice. The simulation results are verified by corresponding experiments. The influence of the essential factors on the effect of the backlight source, including the matching between the light guide structure and the LED light source, making the light guide plate thinner and designing dot scheme for high efficiency and good uniformity, is emphatically analyzed for LED backlight system. This research may offersome practical significance, for the reason that it proposes a reasonable and optimized design for light guide parameters and alleviates potential mistakes in the process of actual production.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2016(043)009【总页数】6页(P78-83)【关键词】显示技术;背光源;导光结构;仿真模型;光学特性【作者】徐胜;徐玉珍;陈恩果;郭太良【作者单位】福州大学物理与信息工程学院，福州 350002;福州大学物理与信息工程学院，福州 350002;福州大学物理与信息工程学院，福州 350002;福州大学物理与信息工程学院，福州 350002【正文语种】中文【中图分类】TN27液晶显示器件(LCD)是一种非自发光显示器，它需要从底部入射的均匀面光源为其进行照明。
LED照明光学系统设计
定点的照度，一般适用于局部照明、采用直射光照明器的 照明、特殊倾斜面的照明和其他需要准确计算照度的场合 。
§7.3 LED照明数据与计算
一. 计算照明系统在被照面上产生的照度 由于逐点计算法可计算任一倾斜面上的照度，且只计
§7.3 LED照明数据与计算
a. 距离平方反比定律 点光源S在指向平面N(与入射光线垂直的平面)上P
点的方向上光强为Iθ，光源 到P点的距离为l，投射到包括 P点的指向平面上的面元上的 光通量为:
§7.3 LED照明数据与计算
a. 距离平方反比定律
因面元dAn很小，可以把它看成是以点光源为球心的 球面积的一部分，所以立体角dω如可由下式确定:
第七章 LED照明光学系统设计
LED光学系统设计包括LED发光管内的光学设计和LED 发光管外的光学设计，前者通常称为一次光学设计，而后 者则称为二次光学设计。
LED内通常由芯片、反射杯和透明环氧树脂制成的光 学透镜组成。LDE芯片、反射杯和透镜的几何形状决定了 LED出光后的空间光强分布。
第七章 LED照明光学系统设计
表面的亮度，以检验照明环境的照明质量;
• 另外一个是光通量的计算，通过分别计算LED灯具的光通
量和LDE光源的光通量来合理布置LED的位置、确定LED的 个数，合理的添加光学器件，从而满足不同的照明需要。
§7.3 LED照明数据与计算
一. 计算照明系统在被照面上产生的照度 照度的计算方法通常有:
• 利用系数法、 • 概算曲线法、 • 比率法、 • 逐点计算法。
§7.2 LED照明光学系统的设计原理
3. LED照明光学系统设计方法 （3）照明平面设计方法
LED室内灯导光板的光学模拟和设计
3 结论
(a) 3mm深度
(b) 4mm深度
本文针对LED室内灯进行二次光学设计，其中 主要是对其光出射面板的结构设计，使出射光符合 室内均匀照明要求。利用 ASAP 光学设计软件对两 种导光板，即波纹形导光板和方格形导光板进行实 体建模，通过对导光板的参数设置，观察受光面照 度分布的变化情况。发现波纹形导光板具有12~18个 波纹形周期，使LED灯具出光均匀性最好；深度为 3mm和4mm的方格形导光板其照度分布较均匀。综 合以上两种情况，在LED室内灯具结构设计中，选 择3mm方格形导光板，将在受光面获得较为均匀的 光照效果。
(d) 24个周期
4 ᇐܝᵓপ6ǃ12ǃ18ǃ24Ͼ਼ᳳⱘ♃✻ᑺߚᏗ
光板长度内，取12和18个周期波纹其照度分布较均 匀，取其余数目周期波纹，照度分布只是在横向上 均匀，在纵向分布上变化较大。当周期增加至12、 18个时，受光面的光照均匀度增加，当周期继续增 大至24个时，受光面的光线向中心聚集。经观察发 现，周期为12~18个的波纹形导光板使LED灯具的出 光均匀性最好。
根据照度分布曲线的比较可以看出，在导光板 内，取深度为3mm和4mm，其照度分布较均匀，取
（本文编辑
孙 爽）
※ 基金项目： 天津市应用基础与前沿技术研究计划自然科学基金青年项目(13JCQNJC00700)；天津市教委滨海新区科技特派员项目 (20090012)。
6
2013年第9期
内照明灯具如图 1 所示。具体包括： LED 灯板，长 200mm ，宽 6mm 的矩形，其上放置 8 颗 LED ；直线 形反光板，连接 LED 灯板和导光板，起到反射光 线、使光线向导光板聚集的作用；导光板，按照设 计为波纹或方格形PMMA材料，为获得LED室内灯 具轻薄的效果，设定与LED灯板的距离为35mm。
LED照明光学系统设计
LED照明光学系统设计引言：由于其高效能、长寿命、低能耗和环保等特点，LED（LightEmitting Diode）照明系统被广泛应用于室内和室外照明领域。
而LED照明光学系统设计对于提高照明质量和效果至关重要。
本文将对LED照明光学系统设计进行详细介绍。
一、照明光学系统的组成照明光学系统主要由三个组成部分构成：发光源、光学透镜和反射材料。
1.发光源：LED作为发光源，其发光强度、发光角度、发光方向和发光颜色等特性决定了照明效果。
根据实际需求，可选择不同类型的LED，如高亮度、超高亮度和SMD等。
2.光学透镜：光学透镜对于光线的聚焦、分散和控制起到重要作用。
根据照明需求，设计适合的光学透镜，可以将光线聚焦到照明区域，提高照明效果和均匀性。
3.反射材料：反射材料用于控制和增强光线的反射效果，提高照明亮度和均匀性。
合理选用反射材料，可以有效减少光线损耗，提高发光效率。
二、光学系统设计原则1.照度和照明均匀性：根据不同照明场合的要求，设计适当的照度和照明均匀性是照明系统设计的基本原则之一、合理选择发光源和光学透镜，使得照明区域的照度达到要求，并保证照明均匀性。
2.光束角度的选择：根据照明区域的大小和形状，选择合适的光束角度是照明系统设计的关键之一、光束角度越大，照明范围越广；光束角度越小，照明范围越窄。
根据实际需求，设计合适的光束角度，可以满足不同场合的照明需求。
3.反射率和反射率分布：反射材料的选择和反射率分布的设计直接影响照明亮度和均匀性。
高反射率的材料可以提高照明亮度，而不同区域的不同反射率分布可以提高照明均匀性。
因此，在设计光学系统时需要合理选择反射材料，并设计合适的反射率分布。
4.热问题的考虑：LED作为光源，具有较高的发热量。
在光学系统设计过程中，需要考虑热问题，确保发光源和光学透镜的正常工作温度，并采取适当的散热措施，以延长LED的寿命。
三、光学系统设计流程1.需求分析：确定照明场所的类型和要求，包括照度要求、照明均匀性要求、照明区域的大小和形状等。
LED的光学设计知识以及应用
LED照明光学系统具体分析
反射杯的光学分析： 我们常见的反射杯有两种，如下图所示：
平面型
曲面型
反射杯的形状和开口大小直接影响到整个系统的出光角度即光强分布曲线。 我们通过光线的反射定律很容易就能判断出一个光源经过反射杯后大概的出 光情况。我们举几个例子看一下，下面几个图是同一光源的相同的三条光线 经过不同反射杯后的出光情况。
背光源光学系统的具体分析
（2）如果导光板为一楔行板，且不做任何处理，假设有三条光线由导光板 内射出，在分界面上红色和绿色光线的入射角都小于Im，而蓝色光线入射角 大于Im，那么根据反射定律和折射定律我们就可以得到这三条光线传播路 径，如下图所示，红，绿光线都可以直接折射出导光板，而蓝色光线经过几 次反射后最终也可以射出。
LED照明光学设计案例（1）
用我们前面模拟的光源，再加一个反射杯做一个实际应用的模拟。我们的要求是LED光 源在加上反射杯后能在一米远处呈现一个比较均匀的光斑，光斑的直径在150mm左 右。 我们先看一下模拟结果
LED照明光学设计案例（2）
从上面模拟出的数据可以看出，最后的结果基本符合要求，但还存在 问题： （1）光源发出30000条光线，但在接受屏上只有11799条光线，这 说明还有很多光线并没有到接受屏上； 解决方法：我们希望尽可能多的把光线集中到接受屏上，那就要使整 个系统的发光角度变小。右下角是光强分布图，我们要做的就是把半 值角再减小，光线更集中。 具体方法： （1）改变光源的位置 （2）更换光源 （3）更换反射杯 （4）增加透镜
光学设计基础知识
－主要针对LED封装、LED照明以及背光源
CHOUCHOUYU 2008.4.28
光学设计理论知识
光具有波动性和粒子性，但在应用光学的范围内，光是作 为波动来讲的，它具有波动的一切特性，比如波长、频 率、以及传播速度等。(光波的传播速度ν=c/n) 在后面的讨论中，我们常用“光线”一词，这是一个几何概 念，只是指出光波向空间传播的方向而已。一些光线的集 合就称为光束。 光线的基本性质即几何光学的基本定理：
LED移动照明系统的光学设计和仿真研究——照明系统反光杯的光学设计和仿真研究
本科毕业设计（论文）LED移动照明系统的光学设计和仿真研究——照明系统反光杯的光学设计和仿真研究学院物理与光电工程学院专业光信息科学与技术年级班别 2005 级（2）班学号 3105010052学生姓名梁德平指导教师苏成悦2009 年 6 月LED 移动照明系统的光学设计和仿真研究梁德平物理与光电工程学院摘要本文简要介绍了多种实际应用的LED光源和LED光源常用的反光杯，并对日常用的反光杯进行建模。
本文着重的是LED光源及其反光杯的设计、仿真及改良。
对整个LED照明系统进行仿真，分析其配光曲线和光照度分布图。
在设计LED光源的光学系统时，要考虑LED芯片的几何尺寸，所要模拟的面光源大小，亮度要求和照度要求。
设计的光学系统尽可能贴近实际，尽量的反映了实际应用的情况。
在对反光杯的设计时，分析了反光杯不同的几何结构对照明系统的光照度分布的影响。
并对不同的应用情况，对反光杯进行不同的改良。
本文介绍了如何使用TracePro光学分析软件来设计及仿真LED照明系统，TracePro软件在对实体模型的光学分析上有很大的优势。
着重介绍了如何使用TracePro来设计，和分析整个LED照明系统。
LED照明系统有多种的可能，本文只提出几种设计方案，并尽可能使用光学分析软件来实现仿真。
使用TracePro 软件来进行实体建模，需要注意的是TracePro只适用于简单的实体建模。
对于复杂的实体模型，需要借助其他的CAD软件完成，然后导入TracePro中进行光学分析。
关键词：LED光源，反光杯，照明系统，TraceProAbstractThis paper introduces a wide range of practical applications of the LED light source and it’s reflector, what’s more we model it in the TracePro.This article is focused on LED light source and the reflector design, simulation and improvement.We simulate the entire LED lighting system, and analyze their light curves and the distribution of illumination.In the design of the optical systems of the LED light source, it is necessary to consider the geometry of the LED chip, the size of the source which we want to simulate, brightness requirements and illumination requirements.The design of the optical system must be as close as possible to reality, as far as possible reflects the situation in practical applications. In the design of the reflector, we analyze the different of the geometry of the reflector how to impact the distribution of illumination of the lighting systems.And make the different improvements for the different reflector .This article describes how to use the optical and analysis software TracePro to design and simulate the LED lighting systems, TracePro software have a great advantage to model and analyze the optical systems.We focuse on how to use the TracePro to design, and analyze the entire LED lighting system.There are a variety kinds of the LED lighting systems possible, this article only introduces a few design, and as far as possible, using optical analysis software to simulate. When we use the TracePro to model the optical systems,wo should be noted that the TracePro only applies to simple modeling. As we want to model a complex optical systems, we need to use other CAD software, and then import TracePro to carry out.Key words: LED light source, reflector, Lighting Systems, TracePro目录1 绪论 (1)1.1 前言 (1)1.2 LED发光机理及结构 (2)1.2.1 发光机理 (2)1.2.2 LED的材料与结构 (2)1.2.3 LED的工作特性 (3)1.3 LED光源反光杯的结构 (3)1.4 本论文主要完成的工作 (5)2 照明技术理论基础及常用光学材料简介 (6)2.1 照明技术 (6)2.1.1 光度量 (6)2.1.2 光源和灯具 (6)2.1.3 照明一般术语 (6)2.2 照明光学系统的特点 (7)2.3 常用光学材料的简介 (8)2.3.1 光学玻璃 (8)2.3.2 光学晶体 (9)2.3.3 光学塑料 (9)3 光学分析软件的简介 (11)3.1 TracePro简介 (11)3.2 TracePro的使用 (11)3.2.1软件的打开和权限的选择 (11)3.2.2 用户界面 (12)3.2.3实体建模 (13)3.2.4应用属性 (14)3.2.5光学分析 (14)4 LED照明系统的光学设计及仿真 (16)4.1 LED的光学建模 (16)4.1.1LED光源建模的基本要素 (16)4.1.2LED的封装 (16)4.2 TracePro中的LED实体建模 (18)4.2.1建立实体模型 (18)4.2.1设置应用属性 (21)4.3 LED光源反光杯的实体建模 (23)4.3.1实际参考模型 (23)4.3.2实体建模 (23)4.3.3应用属性设置 (24)4.4 LED照明系统的仿真分析 (25)4.4.1光照度分布图 (25)4.4.2坎德拉曲线分布图 (26)4.5 LED照明系统的仿真分析与实际应用的对比 (28)4.5.1测量环境及步骤 (28)4.5.2 测量结果的比对 (29)5 LED照明系统的优化设计及仿真 (32)5.1 LED光源的优化 (32)5.1.1改变碗杯结构 (32)5.1.1改变胶体结构 (34)5.2 LED光源反光杯的优化 (36)结论 (40)参考文献 (41)致谢 (42)1 绪论1.1前言半导体照明作为一种新兴的产业正在蓬勃发展。
导光板的工作原理
导光板的工作原理导光板是一种用于光学显示器件中的重要元件，它能够将背光源发出的光线均匀地分布到整个显示屏上，提供良好的亮度和视觉效果。
导光板的工作原理主要涉及光的折射、反射和散射等光学现象。
一般来说，导光板由透明材料制成，如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚碳酸酯（PC）等。
它通常具有矩形或圆形的形状，并且厚度相对较薄。
导光板的工作原理可以简单地描述为以下几个步骤：1. 光源发光：背光源（如冷阴极荧光灯或LED）发出光线，通常是白色光。
2. 光线进入导光板：光线从背光源射入导光板的一侧。
导光板的一侧通常被称为入射面，而另一侧则被称为出射面。
3. 光的折射和反射：由于导光板的折射率高于周围空气的折射率，光线在导光板内部发生折射。
折射会使光线的传播方向发生改变。
在导光板内部，光线会多次发生折射和反射，从而改变其传播路径。
4. 光的散射：导光板内部通常添加了一层散射剂，它能够将光线进行散射，使得光线能够更加均匀地分布到整个导光板上。
散射剂可以是微小的颗粒或表面微结构。
5. 光线出射：经过多次折射、反射和散射后，光线最终从导光板的出射面射出，照亮整个显示屏。
导光板的出射面通常覆盖着液晶层或其他显示材料，以实现图像显示。
导光板的工作原理可以通过光学模拟和数值模拟进行研究和优化。
通过调整导光板的材料、厚度、入射面和出射面的形状等参数，可以改变光线的传播路径和分布，从而提高显示屏的亮度均匀性和视觉效果。
总之，导光板通过光的折射、反射和散射等光学现象，将背光源发出的光线均匀地分布到整个显示屏上，实现良好的亮度和视觉效果。
它是光学显示器件中不可或缺的组成部分。
LED双面出光面光源的光学仿真设计与优化
LED双面出光面光源的光学仿真设计与优化LED光源作为新型节能光源的典型代表，拥有体积小，功率高，寿命长，色温可调、节能环保等诸多优点。
LED光源是点光源，需进行二次配光转换为线光源或面光源后使用。
双面出光面光源因其结构紧凑，且可以双面出光广泛用于工业领域、背光领域和照明领域。
传统双面出光面光源是由两块普通导光板拼凑而成。
新型双面出光背光源是基于纳米晶导光板，散射粒子（俗称纳米晶）均匀掺杂在导光板板材中，可将点光源或线光源高效地转换为均匀的双面发光面光源。
现有纳米晶导光板的光均匀性不理想，尤其是大尺寸的纳米晶导光板中间会出现暗区。
本研究以纳米晶导光板面光源为研究对象，以米氏散射理论和蒙特卡洛统计方法做为理论依据，以光学仿真软件作为工具，考察三种常用的不同折射率散射粒子SiO2、Al2O3和TiO2。
研究这三种散射粒子在不同粒径、不同浓度的情况下对纳米晶导光板的照度平均均匀性和光耦合效率的影响规律。
1 各散射粒子的光学仿真采用的光学仿真软件是Lighttools。
Lighttools光学仿真软件内嵌导光板模型，创建新材料，材料可以添加Mie粒子，并可修改导光板基材的折射率，以及Mie粒子的折射率、粒径和掺杂浓度，运行仿真后并可统计平均均匀性和光耦合效率。
光學仿真条件设定：假定纳米晶颗粒为单一粒径的纯净颗粒且散射粒子是均匀分布在导光板内。
导光板尺寸：1000mm×1000mm×6mm，导光板基材PMMA（折射率1.49），光源为两组LED光源相对入光（设置为光通量1000流明，LED发光度角120°），上表面和下表面的表面属性设置为光滑表面（Bare Surface）;非入光边缘设置为简单反射，反射率90%，吸收率10%。
导光板的外部设置2个无限大的接收面。
考察三种散射粒子SiO2、Al2O3和TiO2的光学仿真数据，确认不同掺杂粒子，不同粒径以及不同粒子浓度对纳米晶导光板的照度平均均匀性和光耦合率的影响规律。
LED照明光学系统设计解读
LED照明光学系统设计解读LED照明光学系统设计是指通过优化LED光源的光学器件和光学结构，实现高效、均匀的光照分布和良好的照明效果的过程。
LED照明光学系统设计对于提高LED照明的亮度、能效、色温的一致性以及可靠性等方面具有重要的意义。
下面将从光源封装、光学透镜和反射杯、光学设计及照明效果等方面详细解读。
首先，光源封装是LED照明光学系统设计的基础。
光源的封装设计直接影响LED照明的亮度和能效。
高质量的封装材料和良好的封装工艺可以提高光源的光输出效率，并增加热散发。
同时，合理的封装设计可以有效控制光源的辐射角度和光照分布，实现良好的光照均匀性。
其次，光学透镜和反射杯是LED照明光学系统设计中常用的光学器件。
光学透镜的设计可以实现光束的聚光、散射和光线的整形等功能，从而控制光照的角度、亮度和分布。
反射杯主要通过反射作用，将光束从LED光源中折射出来，实现光的集中和扩散。
优化透镜和反射杯的结构和材料选择，可以减小光损耗、提高光透过率和控制光照角度，从而达到更高的照明效果和节能目标。
光学设计是LED照明光学系统设计的核心内容之一、光学设计通过光学模拟软件和实验测试手段，对照明光源、光学器件和光学结构进行合理的布置和调整，以实现最佳的光学效果。
光学设计的参数包括光源的位置、光束的角度、透镜的形状和材料等。
通过合理调整这些参数，可以实现均匀的光照分布和较高的亮度，并避免光照的盲点和温差。
最后，照明效果是衡量LED照明光学系统设计优劣的重要指标。
优秀的LED照明光学系统设计应该能够实现不同场景下的光照需求，包括光照的均匀性、亮度、色温和色彩还原指数等。
高质量的照明效果可以提高用户的舒适感和工作效率，同时也可以减少眩光、防止光污染、降低能耗和延长LED照明产品的使用寿命。
综上所述，LED照明光学系统设计是一项复杂而重要的工作。
光源封装、光学器件的优化、光学设计的合理布置以及良好的照明效果等都是实现高效、均匀照明的关键要素。
LED导光板简易教程
原理概述这一课我们来学习利用tracepro软件建立LED导光板。
首先我们简单了解一下导光板的原理。
导光板（如图1-1所示）基本工作原理是在下表面设置有具有一定排布规律的微结构阵列，当光线从侧面进入导光板内后，通过微结构的散射作用，破坏导光板上表面的全反射现象，使光线改变原有几何光学路径，从上表面射出。
为了使光线的均匀出射，必须对微结构进行优化设计。
图1-1 导光板结构示意图选取不同折射率的材料制作导光板时，材料的折射率决定了光线在导光板内的全反射时的临界焦，也就是说可以对出射光线的角度进行选择。
如图1-2。
图1-2 导光板内光线的传播由此可知，大部分耦合进导光板的入射光都以全反射的形式向前传播，没有光线从上表面折射出去。
为了让光线从导光板的上表面射出，必须在导光板的底面布置散射网点，破坏光的全反射。
现在在进行网点设计时都采用非均匀分布。
目前比较成熟的网点分布理论有超均匀分布理论，斥力缓和法，动态分子法，但这些方法都只停留在理论设计方面。
具体采用何种方法设计网点，到目前为止还没有确切可行的方法，大部分都是靠光学模拟软件进行模拟并根据模拟效果，调整网点的间隔以及大小。
一般的设计原则是靠近光源部分的网点尺寸要小一些，且稀疏一些；而远离光源的地方网点尺寸大一些，且要密一些。
此外网点的形状对出光的均匀效果也会有一定的影响。
而综上所述易得，网点倾斜角越大反射效果越明显，网点越密反射效果越明显。
由于模型中光源在两侧，因而应在设计时使导光板远离光源处的网点尺寸大间距小，靠近光源处的网点尺寸小间距大。
考虑到实际加工及模型模拟方面的问题，网点的尺寸设计应处理成等半径变深度网点，间距设计应处理成渐变形式。
相关研究表明网点间距变化采用多项式多次方程变化可达到设计要求。
在实际网点设计中，多项式方式是一种较为合理的微结构布局方式，它具有较多的可调参数．改变这些参数能够精确控制导光板表面的微结构设计，无论是表面微结构的整体疏密分布还是疏密的渐变程度都能够得到精确的调整，按照多项式方式捧列导光板表面微结构可以使导光板的各项性能达到最佳值。
导光板光学原理
导光板光学原理
1、导光板光学原理
导光板光学原理是基于平面反射和周期反射原理，它是把光线从一个方向发射到另一方向的有效技术。
通过以沿着导光板的表面制作平板或微细槽痕，使光线在导光板表面上反射、折射，最终实现对光线的利用。
主要原理有以下几点：
1）平面反射原理：将光线发射到导光板的特殊表面，光线会发生反射，按照规律在导光板上反射几次后，最终辐射出来，形成光输出角的变化。
2）周期反射原理：通过在导光板上制作一系列的平板或微细槽痕，使光线在表面进行反射，在一定角度和距离上周而复始反射，使光线形成一种周期性的反射，最终实现光的利用。
3）表面荧光原理：将光线发射到导光板，由于表面有一层微细的刻痕，当光线经过这些刻痕时，会发生表面荧光，把多余的光线反射到外部环境，最终实现光线利用。
因此，导光板光学原理是一种利用平面反射、周期反射和表面荧光的原理，可以有效地把光线发射到另一方向，节省资源，提高效率。
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