LED是一种寿命长、功耗低、无辐射的节能环保型光源,大多数专家预测21世纪将是以固体发光材料为核心的,即以LED为代表的新型光源、绿色照明的世纪，因此LED光源具有光明的前景。近年来，LED灯具产品开发的种类越来越多，设计合适的LED灯具显得尤为重要。由于单颗LED的功率很小，作为照明来使用，要求在照明区域内具有一定的均匀光通量和照度，所以需要采用LED的阵列形式，加大其发光亮度和发光面积，改善光照的均匀性。本文对LED阵列进行仿真，并根据仿真结果进行分析，得出各种阵列的特点，分析适合此阵列的灯具，为LED灯具设计提供精确的参考依据。

　　1.LED及其照明应用

　　LED(LightingEmittingDiode)即发光二极管，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。因其是寿命长、功耗低、无辐射的节能环保型光源，所以近年来，LED光源特别是白光LED引起人们的极大关注。

　　LED在照明领域的应用主要包括夜景照明、汽车照明、交通灯、专用普通照明、特种照明和安全照明。随着LED发光效率的不断提高，LED照明会慢慢代替白炽灯照明，走入千家万户。

　　2.LED阵列照度计算及其分布研究

　　2.1 LED阵列照度的计算

　　照度(Luminosity)指物体被照亮的程度，采用单位面积所接受的光通量来表示，表示单位为勒[克斯](Lux)，即lm/m2。1勒[克斯]等于1流[明](lm)的光通量均匀分布于1m2面积上的光照度。LED阵列的照度是多个单个LED照度的线性叠加。因此只分析单个LED照度。

　　通常LED所照射的目标距离比LED本身大的多，在这种情况下将LED发光管简化为一个有一定空间光强分布的点光源。点光源的特点是能以4立体角向周围空间发出相同发光强度的光辐射。假设面元dS接受LED点光源S的光照，设点光源S至面元dS的距离为r，并且点光源发出的元光束的光轴与面元的法线N之间的夹角为，则面元上的照度为：

　　LED的光强分布不是一个理想的余弦分布，该分布可以表示为：

　　当LED照射到与其光轴方向垂直的平面时，在该平面上的光照度分布为：

　　以上公式为下面LED阵列照度仿真的依据公式。

　　2.2LED阵列研究

　　2.2.1LED阵列中LED间距的分析

　　由于LED是一种非相干光源，因此两个LED对平面上某一区域的光照度为其单个的叠加(多个LED同理叠加)，则有(式中d为两个LED之间的距离)

　　d增加到0.0218时，原点附近的区域的光照度不至下降很多，此距离比较合适。通过仿真可以验证计算结果，如图1所示，当d=0.0218m时，原点附近照度较均匀。

　　2.2.2LED阵列分布研究

　　LED阵列分布主要研究的是LED阵列分布方式，根据阵列分布方式不同，可以分为面排列方式和立体排列方式。

　　面排列方式又分为平面排列与曲面排列。平面排列配光就是将多颗LED以均匀布置，轴线方向的夹角为零，安装在平面的基板上，形成具有一定面积的面发光光源。其特点是：光照面积小、光输出集中、发光均匀、光照度高。根据使用的功能要求，具体所形成的发光面形状包含矩形、圆形、椭圆等;曲面排列主要包括柱面排列、球面排列、不规则排列等。

　　立体排列方式主要包括球体和柱体。

　　本文鉴于篇幅，只分析平面排列中的矩形与曲面排列中的内半圆柱面排列，立体排列其实是曲面排列的特例(不只分析底面光照，而是各个面的光照)，不再作具体分析。