1 布景
半导体器材的发光现象从原理上来说能够大致分为三种：光致发光，电致发光，阴极射线发光，其间第一种发光办法是当必定数量的光线照射到半导体上面的时分，半导体自身的电子和空穴吸收了光的能量而发光的现象。第二种发光办法是当在半导体器材上施加正向电压的时分，电子和空穴因为得到了能量而运动，从而激发了发光现象。
阴极射线发光是当某些射线照射到半导体上面的时分，半导体的载流子吸收了能量，从而发生复合发光的发光现象。
LED自身也归于半导体器材，LED的自发性发光是因为电子和空穴之间的复合运动而发生的。它的发光原理是依据电致发光的发光原理，而没有选用与传统光源比如白炽灯，节能灯等类似的发光原理。LED最重要的部分是P-N结-个由N型半导体和P型半导体组成，而且在P型半导体和N型半导体之间构成一层薄薄的真空耗尽层。P-N结的发光进程大体上能够分为三个进程：其处于正向电压下的载流子注入，复合辐射的办法，光能传输。体积十分小的半导体晶体悉数被封装在洁净的环氧树脂之中，当其间的电子途径晶片的时分，电子游离到空穴区并和它们复合，此刻，空穴和电子一起消失并呈现光子。电子与空穴因为复合运动发生的光子的能量与电子和空穴二者自身是成正比的。可是复合运动所发生的光子的能量一起又是和光子所发生的光的色彩是一一对应的，一般来讲，在可见光的频谱规模之内，不同频率的光谱所带着的能量是不同的。紫色光，蓝色光所带有的能量在一般的状况下是最多的，而红色光，桔色光所带有的能量往往是最少的。正是因为不同的资料之间带隙的不同，才形成了不同的资料能够宣布不同色彩的光的现象。
2大功率LED照明灯具成像光学
LED作为一种新式的固态冷光源，具有体积小，寿命长，发光功率高，节能环保等长处。大功率LED照明灯具宽广的市场前景引发了关于LED运用的研讨高潮，特别是在大功率照明运用方面，可是因为LED芯片宣布的光呈Lambertian散布，这样的光场散布假如不经过二次光学规划而直接运用到实践的大功率照明中运用的话，将会形成严峻的光糟蹋，LED二次光学规划问题成了约束LED在照明运用方面进一步推行的首要问题。传统的照明规划办法不能进行过错预估的缺陷，选用了将非成像光学理论，照明规划软件和计算机编程相结合的办法来进行大功率LED照明灯具的二次光学规划，依据非成像光学中经典的光学扩展度守恒以及边际光线原理，得到透镜的曲面方程，然后运用Matlab编程计算出自在曲面透镜的离散点，进行三维建模，并在Tracepro中进行仿真验证了规划的正确性。而LED的根本封装结构是将一块结构是电致发光的半导体模块封装在环氧树脂之中，经过引脚作为正负电极起到支撑的效果，LED结构首要由支架，银胶，晶片，金线，环氧树脂五种物料组成，一个现已封装好的大功率LED灯珠的结构如图1所示：
大功率LED照明灯具成像光学在成像光学规划中，光学体系是作为首要的成像东西，首要经过几许光线的概念来研讨光线传达的规则，关于光线传达中能量的传递发生的改变缺少相应的研讨，可是非成像光学则与成像光学是不同的，其从物理学的视点以为，光线在传达的进程之中带着着相应的辐射能，那么光线传达的方向也便是所对应的辐射能的传达方向。因而，当从研讨能量改变的视点动身，光学体系自身也是传递对应的辐射能量的介质，光线的传达进程自身也便是是对应的能量的传输进程，非成像光学理论首要从这种能量传达的规则的视点对整个光学体系进行研讨。非成像光学理论运用的首要意图是研讨整个照明体系，可是这个照明体系自身是对光线传达进程中的光能的传递起到一种操控效果，而不是类似于成像光学理论中起到成像的效果，可是成像问题并不能被扫除在非成像规划之外，非成像光学理论是首要是为了处理两大类问题而发生的，一类是怎么使所传递的能量最大化，另一类是怎么在方针平面上得到契合照明要求的照度散布，此两个问题在通用照明范畴一般被称作集光和照明。聚光器一般能够分为两类，一类称为三维聚光器，另一类是二维聚光器，二维聚光器又可称为线性聚光器，线性聚光器的会聚比一般用横断面上的输入与输出尺度的比值表明。关于二维聚光器和三维聚光器(具有轴对称特性)来说，能够求得c的最大值，假定输入和输出前言都有相同的折射率，当圆形光源在无穷远处以iθ的发散角发射光线。当经过光学体系的时分，会聚比的最大值maxC到达21/siniθ，当出射光的视点和出射面会聚成像二次配光。光学扩展量具有必定的物理含义：光学扩展量能够用来点评光学元件关于整个光学体系的能量运用率的影响，也能够用来描绘光束自身的特性，关于详细的光学元件而言，光学扩展量则代表了光学元件关于光束的收束才能，运用光学扩展量的概念，能够判别出照明体系和成像体系的匹配程度。
3 大功率LED照明灯具透镜模型
关于抱负的光学体系而言，当不考虑反射，折射，散射等丢失的状况下，则光束经过该光学体系之后光学扩展度守恒，在非成像光学规划之中，这是在规划进程之中需求考虑的一个十分重要的要素，要从两个方面来讲，关于光源来说，光学扩展度越小越好，可是关于光学元件来说，状况却恰恰相反，光学扩展度关于光学元件而言应该是越大越好，当然光学扩展度也并不是越大越好的，因为跟着光学扩展度的添加并不必定能为整个光学体系带来相同程度的能量功率的进步，反而会引起光学体系规划复杂度和生产本钱的大幅度提高，因而当进行非成像光学体系规划的时分，应该合理的运用光学扩展度这个概念，操控光线的走势，完成光学扩展度的守恒，以便取得抱负的光能运用率而且满意照明均匀性目标的要求将该曲线绕旋转一周即可得到透镜实体模型，大功率LED照明灯具透镜模型的外外表即为所求的自在曲面如图2所示。
4 大功率LED散热器的规划
大功率LED照明灯具的传热是物质在温度差效果下所发生的热量传递进程，不管在一个物体内部或许一些物体之间，只需存在温差，热量就将以某一种或某几种办法自发地从高温处传向低温处。热量传递有三种根本办法：热传导(导热)、热对流、热辐射与传统光源比较，LED的杰出特点是体积小、结构紧凑、便利嵌入各种灯具。作为光源的载体，灯具的散热规划对LED发挥其优势至关重要。若灯具的散热功率规划较高，不光能够延伸LED的运用寿命，还能够减轻灯具的分量，拓宽其运用规模。反之，则会影响LED优势的发挥，乃至成为其运用的瓶颈。
因而本章要点评论散热器的规划。咱们知道散热办法一般有两种：第一种是自动式散热，即经过外加电扇、水冷或许热管回路、微通道致冷、半导体致冷等逼迫致冷的办法等来进行散热，其特点是散热功率高，散热器体积小，结构紧凑。缺陷是会添加额定的功耗，而且考虑到灯具有防护等级等要求，还会添加灯具规划的难度;第二种是被迫式散热，首要依托空气的天然对流，经过散热片将热源发生的热量天然散发到空气中，其散热的效果与散热片巨细相关。这种办法结构简略，但散热功率比较低。关于照明体系来说，因为该散热办法简单和灯具结构相结合，结构相对比较简略，而且不需求额定的功耗，一起出于加工、资料本钱，维护系数等方面的归纳考虑，所以运用被迫散热的全体本钱相对较低。现在干流方向仍是采纳第二种办法，经过合理规划散热器来最大极限的满意照明体系的散热要求，一起最大极限地节省本钱。本公司出售的一款大功率LED路灯散热器进行详细的优化规划，该散热器由两个相同的模块构成。大功率LED照明灯具的优化规划散热器的外观如图3所示。
5 总结
大功率LED是近几年来研讨运用的热门之一，尤其是大功率LED芯片呈现今后，大功率LED运用于照明范畴大有代替传统照明的趋势。现在LED依然面对驱动电源规划、配光规划和散热规划方面的问题。本文针对朗伯型大功率白光LED进行了二次光学规划，别离规划完成均匀圆斑和均匀矩形斑的自在曲面透镜。一起本文亦对大功率LED散热进行了研讨，论述了运用ANSYS优化功用编写程序对大功率LED平板散热器的优化进程，并给出了一个详细产品的规划进程。
