LED是一種壽命長、功耗低、無輻射的節(jié)能環(huán)保型光源, 大多數(shù)專家預測21世紀將是以固體發(fā)光材料為核心的,即以LED為代表的新型光源、綠色照明的世紀，因此LED光源具有光明的前景。近年來，LED燈具產(chǎn)品開發(fā)的種類越來越多，設計合適的LED燈具顯得尤為重要。由于單顆LED的功率很小，作為照明來使用，要求在照明區(qū)域內(nèi)具有一定的均勻光通量和照度，所以需要采用LED的陣列形式，加大其發(fā)光亮度和發(fā)光面積，改善光照的均勻性。本文對LED陣列進行仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果進行分析，得出各種陣列的特點，分析適合此陣列的燈具，為LED燈具設計提供精確的參考依據(jù)。

　　1. LED及其照明應用

　　LED(Lighting Emitting Diode)即發(fā)光二極管，它是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，在半導體中通過載流子發(fā)生復合放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。因其是壽命長、功耗低、無輻射的節(jié)能環(huán)保型光源，所以近年來，LED光源特別是白光LED引起人們的極大關注。

　　LED在照明領域的應用主要包括夜景照明、汽車照明、交通燈、專用普通照明、特種照明和安全照明。隨著LED發(fā)光效率的不斷提高，LED照明會慢慢代替白熾燈照明，走入千家萬戶。

　　2. LED陣列照度計算及其分布研究

　　2.1 LED陣列照度的計算

　　照度(Luminosity)指物體被照亮的程度，采用單位面積所接受的光通量來表示，表示單位為勒[克斯](Lux) ，即lm/m2。 1 勒[克斯]等于 1 流[明]( lm)的光通量均勻分布于 1 m2 面積上的光照度。LED陣列的照度是多個單個LED照度的線性疊加。因此只分析單個LED照度。

　　通常LED所照射的目標距離比LED本身大的多，在這種情況下將LED發(fā)光管簡化為一個有一定空間光強分布的點光源。點光源的特點是能以4 立體角向周圍空間發(fā)出相同發(fā)光強度的光輻射。假設面元dS接受LED點光源S的光照，設點光源S至面元dS的距離為r，并且點光源發(fā)出的元光束的光軸與面元的法線N之間的夾角為 ，則面元上的照度為：

　　LED的光強分布不是一個理想的余弦分布，該分布可以表示為：

　　當LED照射到與其光軸方向垂直的平面時，在該平面上的光照度分布為：

　　以上公式為下面LED陣列照度仿真的依據(jù)公式。

　　2.2 LED陣列研究

　　2.2.1 LED陣列中LED間距的分析

　　由于LED是一種非相干光源，因此兩個LED對平面上某一區(qū)域的光照度為其單個的疊加(多個LED同理疊加)，則有(式中d為兩個LED之間的距離)

　　d增加到0.0218時，原點附近的區(qū)域的光照度不至下降很多，此距離比較合適。通過仿真可以驗證計算結(jié)果，如圖1所示，當d=0.0218m時，原點附近照度較均勻。

　　2.2.2 LED陣列分布研究

　　LED陣列分布主要研究的是LED陣列分布方式，根據(jù)陣列分布方式不同，可以分為面排列方式和立體排列方式。

　　面排列方式又分為平面排列與曲面排列。平面排列配光就是將多顆LED以均勻布置，軸線方向的夾角為零，安裝在平面的基板上，形成具有一定面積的面發(fā)光光源。其特點是：光照面積小、光輸出集中、發(fā)光均勻、光照度高。根據(jù)使用的功能要求，具體所形成的發(fā)光面形狀包含矩形、圓形、橢圓等;曲面排列主要包括柱面排列、球面排列、不規(guī)則排列等。

　　立體排列方式主要包括球體和柱體。

　　本文鑒于篇幅，只分析平面排列中的矩形與曲面排列中的內(nèi)半圓柱面排列，立體排列其實是曲面排列的特例(不只分析底面光照，而是各個面的光照)，不再作具體分析。

　　3. LED陣列仿真及比較分析

　　LED陣列用Matlab軟件進行仿真。