LED广告灯箱照明设计

杭州市工人业余大学 雷滕楠

在全球提倡绿色环保，节能减排的大背景下，很多传统能源将不再受到宠爱，大家的目光都将齐齐转向绿色环保能源。LED具有寿命长、节能环保、色彩丰富、微型化、经济适用、可靠等优点，将成为新一代能源新宠。本文研究的就是以LED光源代替日光灯来实现广告灯箱的照明。

本文所设计的LED广告灯箱以LED芯片作为光源，通过广告灯箱尺寸以及LED芯片尺寸的计算，以一定距离排列LED，然后在广告灯箱表面添加扩散板，从而使朗伯光源均匀出射，最终达到尽可能大的光学利用率和均匀光照。最后利用光学软件Tracepro模拟设计结果并加以改善，最终达到最优结果。

本文从LED的发光原理及发光特性、广告灯箱的照明要求、扩散板的设计等几个方面展开论述。运用Tracepro光学软件进行模拟LED晶元芯片发光，通过本文设计的扩散板，使LED朗伯光源均匀出射。

自从我国提倡节能减排，绿色环保，实行绿色照明战略起，我国的传统能源、传统生产方式受到前所未有的挑战和冲击。要想实现经济的可持续发展和经济环境的协调发展，唯有转变经济发展方式，开发利用绿色环保新能源，才是顺应我国和谐社会发展道路的唯一出路。

在我们的生活中，广告灯箱随处可见，公交车站台、指路牌、产品展示牌等等都有广告灯箱的影子。但是，现在市场上大多数的广告灯箱都是以日光灯作为光源，日光灯广告灯箱大都存在着大功率、光照不均匀、不环保等缺点。

所以本文提出以LED代替日光灯来实现光照，利用其发光效率高、使用寿命长、安全可靠、单色性强、无频闪现象等特点，不仅仅能克服日光灯管所带来的不足和缺陷，更重要的是顺应了我国绿色照明环保主题，实现了经济环境协调发展。

1 LED广告灯箱模型及模型元件结构特性介绍

本文所设计的广告灯箱模型总共有四个部分组成：几何模型、LED光源、扩散板和光照接收面。几何模型是作者深入生活，参照市场中实际广告灯箱尺寸而设计的模型。扩散板放在广告灯箱模型上，是为了实现光照均匀性。光照接收面是为了显示设计模拟效果而设置的。如图1所示。

矩形体模型：尺寸大小200mm×1200mm×1000mm

图1 矩形体广告灯箱模型

图2 扩散板面的定义

图3 扩散板模拟参数设置

图4 矩形体广告灯箱仿真结果

图5 优化后的矩形体广告灯箱仿真优化结果

LED光源：尺寸大小0.3mm×1mm×1mm

扩散板：尺寸大小 50mm×1200mm×1000mm

光照接收面：尺寸大小 200mm×1200mm×1000mm

本文所设计的广告灯箱的照度要达到200lx，一个LED芯片的发光照度为100lm，矩形体广告灯箱的面积为1.2m2，通过计算，可以得出所需要的LED芯片数量为25个，LED芯片的排列方式为5×5矩阵排列，相邻LED芯片距离分别为167mm和200mm。

2 扩散板的模拟

为实现LED光源光照的均匀性，所以扩散板的模拟是很关键的一步骤。以下是对扩散板两个面的定义以及所设计的扩散板的参数输入，如图2和图3所示。

3 仿真结果及优化

矩形体广告灯箱仿真结果如图4所示。

由图5、图6可以很清晰明了的看出，这次仿真结果的均匀性效果还没有很好，为了达到更好的均匀性，再次增加了追踪光线的数量以及改变了广告灯箱外壳的材质。得到以下优化效果：

很显然，优化后的效果比先前的好多了，但由于各种因素的存在，无法做到百分之百的均匀性，一定的误差允许存在。

结论：本文所LED广告灯箱设计，主要依靠光学模拟软件tracepro来模拟实现。为了做好本次设计，作者做了如下工作：

首先深入生活，深入市场。观察实际生活中广告灯箱模型，包括广告灯箱的尺寸大小、光照度、功能用途等等。然后选择矩形广告灯箱尺寸，作为本次设计的广告灯箱模型。按照广告灯箱实际情况，我选择了公交站台随处可见的一种矩形体广告灯箱。

在一系列的准备工作完成后，开始通过软件中插入所设计的广告灯箱模型，插入为了实现LED光照均匀性的扩散板，插入光照接收面，最后追踪光线等等具体的仿真模拟工作。

分析仿真模拟结果。本文所设计的扩散板虽然能实现一定的均匀性，但是均匀性效果一般。于是作者改变了广告灯箱盒子的材质以及增加了追踪光线的数量，最后均匀性效果和光效率都得到了优化。