研制了一款可在接收面上实现平面光谱分布均匀的直下式LED黄疸灯。首先, 按照LED数量从少到多的顺序, 在同一基板上依次对4种单色LED进行排布, 使其分别在同一出光面上形成大小相近且照度均匀的光斑, 进而使出光面乃至接收面上实现平面光谱分布均匀。其次, 对直下式LED黄疸灯仿真验证, 结果表明其确实可在接收面上实现平面光谱分布均匀。最后, 在出光面上分别放置扩散板和棱镜膜, 对两款直下式LED黄疸灯样品进行实验测试。测试结果表明：相较而言, 在出光面上放置增光膜的直下式LED黄疸灯样品可以使接收面具有较多的光能量。但无论出光面上放置的是棱镜膜还是扩散板, 在600 mm×300 mm的接收面上, 直下式LED黄疸灯都能实现99.9%以上的平面光谱分布均匀度值以及74%以上的照度均匀度值, 符合国家婴幼儿光疗设备安全标准。

为提高新生儿黄疸病的光照治疗效果,通过光谱匹配技术,设计并研制了一种新生儿黄疸治疗光源;采用研制的特殊蓝光LED光源与市售蓝光LED光源、蓝光荧光光源以及白光光源对浓度为130.932 μmol/L的体外胆红素标准液进行光照实验,光照时间分别是1,2,4,8 h,以研究胆红素的降解情况。结果表明:蓝光LED光源与蓝光荧光光源对胆红素溶液均有显著的降解效果,且自制的特殊蓝光LED光源的降解效果最佳;光源光谱是影响新生儿黄疸病治疗效果的重要因素,特殊蓝光LED能够有效降低胆红素溶液的浓度。

基于能量守恒定律和网格划分法，设计了一款用于超薄直下式发光二极管（LED）平板灯的大角度透镜。以朗伯型发光LED在高度为96 mm下的目标面照度分布作为期望照度分布，对大角度LED透镜进行反馈优化，使其在高度为25 mm的目标面上就形成具有期望照度分布的光场。为探究优化后的大角度LED透镜对直下式LED平板灯的厚度减薄程度，将目标面高度分别设为20，25，30 mm，方形LED阵列的间距分别设为96，82，75 mm，利用LightTools软件模拟分析了直下式LED平板灯的目标面照度均匀度。研究结果表明，当目标面高度为25 mm、方形LED阵列的间距为82 mm时，目标面上的照度均匀度最好，其值(照度最小值除以照度最大值)达至0.8756，符合国家LED室内照明应用技术要求。

为了研究不同黄疸治疗仪光源的发光光谱对新生儿产生紫外辐射、热辐射等潜在的光生物安全问题，本文利用光辐射安全测定系统OST-300对传统蓝光荧光灯、普通蓝光LED灯以及经简单遗传算法计算与拟合的蓝光LED灯进行了测试与对比分析。实验结果表明: 传统蓝光荧光灯在315，330，365 nm的紫外光处有明显的波峰出现，且峰值波长在365 nm处较为明显; 传统蓝光荧光灯在老化后其蓝光光谱光衰严重，且存在大量的红外光线; 而基于简单遗传算法计算与拟合的蓝光LED发光光谱与体内胆红素的吸收光谱相吻合，能避免对新生儿的光辐射危害。因此，本文提出的蓝光LED是治疗新生儿黄疸的理想光源。

为了提高LED灯具的散热能力, 基于烟囱效应原理, 设计了一种新型的LED灯具散热结构。该结构仅采用一块圆柱状基板, 不需要散热器, 突破了传统LED灯具的构造模式。运用软件Solidworks构建三维模型, 用其插件Flow Simulation进行热仿真。当功率为10 W时, LED芯片最高温度为81.34 ℃。当功率增加到15 W时, 最高温度变为105.54 ℃, 高于芯片安全工作温度85 ℃。因此, 本文提出在基板中间加入散热器的改进方案, 使LED芯片最高温度下降了30.79 ℃。并以散热器翅片数12个、内环直径20 mm、翅片厚度1 mm为基础模型参数, 进行优化试验。研究表明: 在翅片数为12个、内环直径为12 mm、翅片厚度为1 mm时, LED异形灯的散热效果最好, 此时, LED异形灯的最高温度为72.21 ℃。当功率为8, 13, 15, 17, 19 W时, LED异形灯芯片的温度都满足LED工作的安全要求。经过对8 W的LED异形灯样品的实验测试, 测得其最高温度为53 ℃, 与仿真结果仅相差1.01 ℃, 证实了研究的准确性。所设计的LED异形灯, 为解决大功率LED散热问题提供了一条新的途径。

为了降低发光二极管（LED）灯具的重量和生产成本，根据烟囱效应原理，设计了一种无散热器的LED异形灯。利用Solidworks软件建立三维模型，通过其插件Flow Simulation进行热仿真。并以烟囱高度为30 mm，烟囱通道直径为20 mm的参数为基础模型,研究不同烟囱高度和烟囱通道直径对LED异形灯最高温度的影响。仿真结果表明：对于烟囱高度和烟囱通道直径都为45 mm，基板重量为35.86 g的LED异形灯，当输入功率为6，8，10 W时，其最高温度都低于芯片的安全结温85 ℃，可满足LED安全工作的要求。对8 W的LED异形灯进行实验验证，结果表明LED异形灯的最高温度为73 ℃，与仿真结果仅相差2.06 ℃，验证了仿真的正确性。所设计的无散热器LED异形灯不仅可以很好地满足LED散热要求，而且重量轻、成本低、制造简单。

为了增强LED灯具的散热能力,根据烟囱效应原理,设计了一种LED球泡灯,其具有特殊的直筒式烟囱结构。利用Solidworks建立三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真,并以烟囱高度30 mm、烟囱数量6、通风口长度2 mm的参数为基础模型。通过实验验证,测出该模型的最高温度为69 ℃,与仿真所得出的结果仅相差1.66 ℃,证实了仿真步骤的正确性。以此为基础,对不同烟囱高度和数量、通风口大小对LED芯片最高温度的影响进行研究。研究表明：烟囱效应明显增强了灯具的对流散热性能。在烟囱高度为45 mm、烟囱数量为12、通风口长度为3.5 mm时,LED芯片的最高温度为61.04 ℃,比优化前下降了9.62 ℃。在模型参数相同的条件下,最高温度比不加烟囱结构的LED球泡灯下降了1.9 ℃,且散热器重量下降了2.55 g。在自然对流条件下,所设计的LED球泡灯能很好地满足LED芯片工作要求。

基于光与物质相互作用的原理及农产品的基本光特性，研究了一款用于铁观音茶叶和杂质分选的LED 茶叶色选灯光源，并对其光谱进行了研究和设计。通过测试茶叶和杂质的反射光谱，在可见光谱范围内，将茶叶与杂质相对反射率差值较大时对应的光波长作为选择LED 光源的峰值波长，利用多色LED 组合对茶叶色选灯光源光谱进行匹配，LED 组合光源的数量比例由各个峰值波长处对应的茶叶和杂质的相对反射率差值的比例决定。结果表明，该LED 茶叶色选灯光源具有高光效特性，寿命长，能提高茶叶与杂质的对比度及茶叶的加工效率，有利于茶叶的挑选加工；为后续用于其他茶叶色选的新型LED 茶叶色选灯光源的开发及特殊照明用LED 光源光谱的设计奠定了基础。

采用逆向优化设计的方法设计发光二极管(LED)路灯透镜，提高LED 路灯道路照明质量和能量利用率。以城市道路照明标准为约束，优化出最大亮度照度比的理想配光曲线。基于得到的理想配光曲线，透镜采用分离变量法设计自由曲面，将光源和目标面进行网格划分，形成能量对映关系。同时对曲面构造误差进行控制，再利用反馈优化法对透镜进行优化，使透镜的配光曲线趋于理想。仿真实验表明：采用逆向优化设计的LED 路灯透镜，能很好地符合道路照明标准，亮度照度比为0.067，同时相对于传统的对称型LED 路灯配光曲线节省20.2％ 的能耗，使LED 路灯达到了高照明质量和高能量利用率的目的。

为提高胆红素的光降解效应和新生儿黄疸病光疗的效果，设计研制了一种新生儿黄疸治疗仪用发光二极管(LED)光源。以实验测试的体外游离的标准胆红素溶液最有效的吸收光谱作为黄疸治疗仪光源的目标光谱，采用市面上现有的峰值波长和半峰全宽的不同单色LED 作为匹配光源，将简单遗传算法作为光谱匹配算法，进行了光源光谱的匹配设计、样灯制作和光谱测试与分析。结果表明：拟合的光谱与目标光谱匹配度达到了97.62%，实际的黄疸治疗仪光源样品的光谱与目标光谱的匹配度达到了93.08%，窄带宽的单色LED 能够匹配出所需要的目标光谱，光谱匹配度高，为新生儿黄疸光疗仪用光源的选择提供了研究的基础。