LED廣告燈箱照明設(shè)計(jì)

杭州市工人業(yè)余大學(xué) 雷滕楠

在全球提倡綠色環(huán)保，節(jié)能減排的大背景下，很多傳統(tǒng)能源將不再受到寵愛，大家的目光都將齊齊轉(zhuǎn)向綠色環(huán)保能源。LED具有壽命長、節(jié)能環(huán)保、色彩豐富、微型化、經(jīng)濟(jì)適用、可靠等優(yōu)點(diǎn)，將成為新一代能源新寵。本文研究的就是以LED光源代替日光燈來實(shí)現(xiàn)廣告燈箱的照明。

本文所設(shè)計(jì)的LED廣告燈箱以LED芯片作為光源，通過廣告燈箱尺寸以及LED芯片尺寸的計(jì)算，以一定距離排列LED，然后在廣告燈箱表面添加擴(kuò)散板，從而使朗伯光源均勻出射，最終達(dá)到盡可能大的光學(xué)利用率和均勻光照。最后利用光學(xué)軟件Tracepro模擬設(shè)計(jì)結(jié)果并加以改善，最終達(dá)到最優(yōu)結(jié)果。

本文從LED的發(fā)光原理及發(fā)光特性、廣告燈箱的照明要求、擴(kuò)散板的設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面展開論述。運(yùn)用Tracepro光學(xué)軟件進(jìn)行模擬LED晶元芯片發(fā)光，通過本文設(shè)計(jì)的擴(kuò)散板，使LED朗伯光源均勻出射。

自從我國提倡節(jié)能減排，綠色環(huán)保，實(shí)行綠色照明戰(zhàn)略起，我國的傳統(tǒng)能源、傳統(tǒng)生產(chǎn)方式受到前所未有的挑戰(zhàn)和沖擊。要想實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，唯有轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，開發(fā)利用綠色環(huán)保新能源，才是順應(yīng)我國和諧社會(huì)發(fā)展道路的唯一出路。

在我們的生活中，廣告燈箱隨處可見，公交車站臺(tái)、指路牌、產(chǎn)品展示牌等等都有廣告燈箱的影子。但是，現(xiàn)在市場上大多數(shù)的廣告燈箱都是以日光燈作為光源，日光燈廣告燈箱大都存在著大功率、光照不均勻、不環(huán)保等缺點(diǎn)。

所以本文提出以LED代替日光燈來實(shí)現(xiàn)光照，利用其發(fā)光效率高、使用壽命長、安全可靠、單色性強(qiáng)、無頻閃現(xiàn)象等特點(diǎn)，不僅僅能克服日光燈管所帶來的不足和缺陷，更重要的是順應(yīng)了我國綠色照明環(huán)保主題，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 LED廣告燈箱模型及模型元件結(jié)構(gòu)特性介紹

本文所設(shè)計(jì)的廣告燈箱模型總共有四個(gè)部分組成：幾何模型、LED光源、擴(kuò)散板和光照接收面。幾何模型是作者深入生活，參照市場中實(shí)際廣告燈箱尺寸而設(shè)計(jì)的模型。擴(kuò)散板放在廣告燈箱模型上，是為了實(shí)現(xiàn)光照均勻性。光照接收面是為了顯示設(shè)計(jì)模擬效果而設(shè)置的。如圖1所示。

矩形體模型：尺寸大小200mm×1200mm×1000mm

圖1 矩形體廣告燈箱模型

圖2 擴(kuò)散板面的定義

圖3 擴(kuò)散板模擬參數(shù)設(shè)置

圖4 矩形體廣告燈箱仿真結(jié)果

圖5 優(yōu)化后的矩形體廣告燈箱仿真優(yōu)化結(jié)果

LED光源：尺寸大小0.3mm×1mm×1mm

擴(kuò)散板：尺寸大小 50mm×1200mm×1000mm

光照接收面：尺寸大小 200mm×1200mm×1000mm

本文所設(shè)計(jì)的廣告燈箱的照度要達(dá)到200lx，一個(gè)LED芯片的發(fā)光照度為100lm，矩形體廣告燈箱的面積為1.2m2，通過計(jì)算，可以得出所需要的LED芯片數(shù)量為25個(gè)，LED芯片的排列方式為5×5矩陣排列，相鄰LED芯片距離分別為167mm和200mm。

2 擴(kuò)散板的模擬

為實(shí)現(xiàn)LED光源光照的均勻性，所以擴(kuò)散板的模擬是很關(guān)鍵的一步驟。以下是對(duì)擴(kuò)散板兩個(gè)面的定義以及所設(shè)計(jì)的擴(kuò)散板的參數(shù)輸入，如圖2和圖3所示。

3 仿真結(jié)果及優(yōu)化

矩形體廣告燈箱仿真結(jié)果如圖4所示。

由圖5、圖6可以很清晰明了的看出，這次仿真結(jié)果的均勻性效果還沒有很好，為了達(dá)到更好的均勻性，再次增加了追蹤光線的數(shù)量以及改變了廣告燈箱外殼的材質(zhì)。得到以下優(yōu)化效果：

很顯然，優(yōu)化后的效果比先前的好多了，但由于各種因素的存在，無法做到百分之百的均勻性，一定的誤差允許存在。

結(jié)論：本文所LED廣告燈箱設(shè)計(jì)，主要依靠光學(xué)模擬軟件tracepro來模擬實(shí)現(xiàn)。為了做好本次設(shè)計(jì)，作者做了如下工作：

首先深入生活，深入市場。觀察實(shí)際生活中廣告燈箱模型，包括廣告燈箱的尺寸大小、光照度、功能用途等等。然后選擇矩形廣告燈箱尺寸，作為本次設(shè)計(jì)的廣告燈箱模型。按照廣告燈箱實(shí)際情況，我選擇了公交站臺(tái)隨處可見的一種矩形體廣告燈箱。

在一系列的準(zhǔn)備工作完成后，開始通過軟件中插入所設(shè)計(jì)的廣告燈箱模型，插入為了實(shí)現(xiàn)LED光照均勻性的擴(kuò)散板，插入光照接收面，最后追蹤光線等等具體的仿真模擬工作。

分析仿真模擬結(jié)果。本文所設(shè)計(jì)的擴(kuò)散板雖然能實(shí)現(xiàn)一定的均勻性，但是均勻性效果一般。于是作者改變了廣告燈箱盒子的材質(zhì)以及增加了追蹤光線的數(shù)量，最后均勻性效果和光效率都得到了優(yōu)化。