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。

为了增强发光二极管(LED)散热器的散热能力并降低其质量,对传统LED太阳花散热器进行了开缝交错设计。利用Solidworks软件建立散热器三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真。以传统太阳花散热器为基础模型,通过实验得到此模型4个监测点的实际温度与仿真所得温度的平均误差为4.6%,在允许范围内,证实了仿真步骤的正确性。以此为基础,对不同开缝数量和开缝宽度对LED芯片最高温度的影响进行了研究,结果表明开缝交错设计明显增强了LED散热器的对流散热性能。当输入功率为26 W、开缝数量为9、开缝宽度为1 mm时,LED芯片的最高温度为122.15 ℃。在模型参数相同的条件下,配备开缝交错设计散热器的LED的最高温度比配备传统太阳花散热器的LED下降了8.68 ℃,且散热器质量下降了6.85 g。在自然对流条件下,开缝交错设计有效地延缓了热边界层的形成,改善了流场分布,增强了太阳花散热器的散热性能,并降低了其质量。

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。

为了提高发光二极管(LED)的散热能力, 基于烟囱效应, 在传统太阳花散热器外侧加装圆筒壁, 形成特殊的烟囱结构。运用Solidworks软件构建三维模型, 用其插件Flow Simulation进行热仿真, 并以散热器翅片数12个、最大直径70 mm、高度40 mm为基础模型参数, 进行优化研究。研究表明, 在翅片数为20个、最大直径为85 mm、高度为65 mm时, LED圆筒太阳花散热器的散热效果最好。此时, LED的最高温度为48.98 ℃, 比优化前降低了13.05 ℃。当功率为8, 12, 16, 19 W时, LED芯片的最高温度都满足LED工作的安全要求。对功率为8 W的LED散热器样品的实验测试结果表明, 4个监测点的实际温度与仿真所得温度的平均误差为4.8%, 在允许范围内, 验证了研究的正确性。在功率为32 W时, 配备圆筒太阳花散热器的芯片最高温度仍满足低于125 ℃的技术要求, 并比配备传统太阳花散热器的芯片温度低6.44 ℃。所设计的LED圆筒太阳花散热器为解决大功率LED散热问题提供了一个新的途径。

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。

为了提高发光二极管（LED）的散热性能，基于烟囱效应原理，设计了一种特殊的直筒式烟囱结构的LED冷却用散热器。通过Solidworks软件构建三维模型，利用其插件Flow Simulation对构建的模型进行热仿真。研究了不同烟囱高度、通风口形状和大小对烟囱效应散热效果的影响。研究结果表明：烟囱效应有效地提高了散热器的对流散热性能。当烟囱高度为50 mm、通风口等效直径为8 mm、通风口形状为梯形时，LED最高温度为61.60 ℃，比优化前降低了6.54 ℃。与传统散热器对比，LED最高温度降低了8.89 ℃。实验中4个监测点的实际温度与仿真所得温度的平均误差为4.0%，在允许范围内，验证了以上研究的正确性。所设计的散热器可以很好地满足自然对流条件下LED的工作要求。

为了提高发光二极管(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。运用SolidWorks软件构建三维模型，利用其Flow Simulation插件进行热仿真。当功率为10 W时， LED芯片的最高温度为81.34 ℃；当功率增加到15 W时，芯片的最高温度变为105.54 ℃，高于其安全工作温度(85 ℃)。提出了在基板中间加入蜂巢散热器的改进方案，使LED芯片的最高温度下降了30.54 ℃，并进行了优化实验。研究结果表明：当蜂巢类型为正六边形、蜂巢边长为6.0 mm、蜂巢壁厚为1.0 mm时，LED异形灯的散热效果最好，LED芯片的最高温度为74.47 ℃，散热器质量为47.19 g。当功率为8，12，15，18 W时，LED芯片的最高温度都满足安全工作要求。通过对8 W的LED异形灯样品进行实验测试，证实了研究的准确性。

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。

设计了一种LED汽车前大灯散热器结构, 该结构主要由一条通风管和一台无叶风扇组成.在SolidWorks软件中建立该散热结构模型, 并导入FloEFD软件进行散热仿真, 得到LED结温温度为148℃.提出在通风管中填充矩形翅片和填充蜂窝结构两种改进方案.仿真结果表明, 采用两种改进方案后LED汽车前大灯的结温温度分别下降至102.01℃和86.20℃.对填充蜂窝结构方案进行正交优化试验, 分析得出影响该系统散热性能的因素依次为: 蜂窝等效直径、蜂窝类型、填充长度、壁厚和通风管长度.按照该顺序优化参数值, 得到最优散热结构.仿真结果表明, 经过正交优化后, LED汽车前大灯的温度降为75.17℃, 进一步提高了整体结构的散热性能.最后分析了该结构的基板温度与风速的关系, 结果表明当风速低于5 m/s时, 温度随着风速的增大急剧降低, 当风速高于5 m/s时, 温度下降趋势相对缓慢.