LED廣告燈箱照明設計

杭州市工人業余大學 雷滕楠

在全球提倡綠色環保，節能減排的大背景下，很多傳統能源將不再受到寵愛，大家的目光都將齊齊轉向綠色環保能源。LED具有壽命長、節能環保、色彩豐富、微型化、經濟適用、可靠等優點，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現廣告燈箱的照明。

本文所設計的LED廣告燈箱以LED芯片作為光源，通過廣告燈箱尺寸以及LED芯片尺寸的計算，以一定距離排列LED，然后在廣告燈箱表面添加擴散板，從而使朗伯光源均勻出射，最終達到盡可能大的光學利用率和均勻光照。最后利用光學軟件Tracepro模擬設計結果并加以改善，最終達到最優結果。

本文從LED的發光原理及發光特性、廣告燈箱的照明要求、擴散板的設計等幾個方面展開論述。運用Tracepro光學軟件進行模擬LED晶元芯片發光，通過本文設計的擴散板，使LED朗伯光源均勻出射。

自從我國提倡節能減排，綠色環保，實行綠色照明戰略起，我國的傳統能源、傳統生產方式受到前所未有的挑戰和沖擊。要想實現經濟的可持續發展和經濟環境的協調發展，唯有轉變經濟發展方式，開發利用綠色環保新能源，才是順應我國和諧社會發展道路的唯一出路。

在我們的生活中，廣告燈箱隨處可見，公交車站臺、指路牌、產品展示牌等等都有廣告燈箱的影子。但是，現在市場上大多數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、不環保等缺點。

所以本文提出以LED代替日光燈來實現光照，利用其發光效率高、使用壽命長、安全可靠、單色性強、無頻閃現象等特點，不僅僅能克服日光燈管所帶來的不足和缺陷，更重要的是順應了我國綠色照明環保主題，實現了經濟環境協調發展。

1 LED廣告燈箱模型及模型元件結構特性介紹

本文所設計的廣告燈箱模型總共有四個部分組成：幾何模型、LED光源、擴散板和光照接收面。幾何模型是作者深入生活，參照市場中實際廣告燈箱尺寸而設計的模型。擴散板放在廣告燈箱模型上，是為了實現光照均勻性。光照接收面是為了顯示設計模擬效果而設置的。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 擴散板面的定義

圖3 擴散板模擬參數設置

圖4 矩形體廣告燈箱仿真結果

圖5 優化后的矩形體廣告燈箱仿真優化結果

LED光源：尺寸大小0.3mm×1mm×1mm

擴散板：尺寸大小 50mm×1200mm×1000mm

光照接收面：尺寸大小 200mm×1200mm×1000mm

本文所設計的廣告燈箱的照度要達到200lx，一個LED芯片的發光照度為100lm，矩形體廣告燈箱的面積為1.2m2，通過計算，可以得出所需要的LED芯片數量為25個，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 擴散板的模擬

為實現LED光源光照的均勻性，所以擴散板的模擬是很關鍵的一步驟。以下是對擴散板兩個面的定義以及所設計的擴散板的參數輸入，如圖2和圖3所示。

3 仿真結果及優化

矩形體廣告燈箱仿真結果如圖4所示。

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

很顯然，優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。

結論：本文所LED廣告燈箱設計，主要依靠光學模擬軟件tracepro來模擬實現。為了做好本次設計，作者做了如下工作：

首先深入生活，深入市場。觀察實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，作為本次設計的廣告燈箱模型。按照廣告燈箱實際情況，我選擇了公交站臺隨處可見的一種矩形體廣告燈箱。

在一系列的準備工作完成后，開始通過軟件中插入所設計的廣告燈箱模型，插入為了實現LED光照均勻性的擴散板，插入光照接收面，最后追蹤光線等等具體的仿真模擬工作。

分析仿真模擬結果。本文所設計的擴散板雖然能實現一定的均勻性，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以及增加了追蹤光線的數量，最后均勻性效果和光效率都得到了優化。