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。

针对直下式LED平板灯均匀度低且厚度大的缺点, 提出了一种带有曲面底板的直下式LED平板灯, 采用Taguchi方法设计, 并通过TracePro软件进行仿真模拟, 对影响直下式LED平板灯照度均匀度和平均照度的参数因子进行分析, 并运用ANOVA理论分析出各因子对品质的影响程度, 优化各项结构参数, 以设计出符合要求的产品, 并通过实验对模拟结果进行验证。结果表明: LED芯片排布方式对照度均匀度和平均照度的影响程度都最大, 分别有47.4%和50.2%的贡献度。当芯片选择正六边形排布, 倾斜角度为30°, 平板灯无微结构, 混光距离为25 mm, 得到最优化照明效果。扩散板照度均匀度达到88.3%, 与实验结果基本一致,厚度相对于目前直下式平板灯减少37.5%以上。模拟得到的会议室照明效果满足国家建筑照明设计标准, 所得结果为设计直下式平板灯提供理论依据。

为了设计更好的LED平板灯光学结构, 解决现存的直下式LED平板灯厚度大, 光源密度大的缺点, 提出了两种兼具反射、投射作用的混光元件结构：椎台结构和半球型结构, 并将其应用于超薄直下式LED平板灯的设计, 以增加光线的耦合距离来提高出光均匀度.借助Tracepro软件研究两种不同结构混光元件应用于LED平板灯时的出光均匀度和光效率, 运用Taguchi方法设计实验进行研究.结果表明, 带有棱锥型结构元件的灯具均匀度达到95.42%, 光效率达到92.72%, 而带半球型结构元件灯具均匀度达到97.67%, 光效率达到92.65%, 其均匀度高于棱锥结构的原因是棱锥形状混光元件反射面的定向反射导致光线方向过于集中.

针对侧入式LED平板灯出光效率低、导光板(LGP)制造成本高、设计流程繁琐等缺点设计了一种无导光板的LED平板灯。利用复合抛物面反光杯(CPC)将LED阵列发出的光束汇聚并投射在出光面板上, 并通过掠射和叠加的方法实现了出光面板的照度均匀性。进一步采用Taguchi实验方法进行设计, 并借助Tracepro软件仿真分析, 将影响该灯具最大照度和照度均匀度的因子进行研究与分析, 同时运用ANOVA理论分析出因子对品质的影响程度, 进而优化灯具的各项结构参数, 设计出一款均匀度95.87%、最大照度39 870 lx无导光板LED平板灯。结果表明: 该平板灯的效果达到甚至超过目前市面上的LED平板灯, 并且其无导光板的设计可以在很大程度上降低LED平板灯的生产成本; 此外, 将Taguchi方法引入平板灯的设计简化了设计流程。

：设计了一种PMMA自由曲面透镜，用于无导光板结构的LED平板灯。该透镜基于自由曲面透镜的折射和全反射原理实现出射光的重新分布，可用于均匀照明LED平板灯的出光面板。采用数字仿真和实验制作进行设计。仿真结果表明，当自由曲面透镜与出光面板的距离为5 mm、自由曲面透镜旋转为0°、LED与自由曲面透镜的距离为7 mm时，LED平板灯出光效率较高且整灯均匀性达96.6%。实验结果表明，所设计的自由曲面透镜可使无导光板结构的LED平板灯的面板均匀性达95.74%，与数字仿真近似相等。

针对直下式LED平板灯厚度大、光源密度大的缺点,设计了一种带有圆锥台光学元件的超薄直下式LED平板灯,利用漫反射背板和反光圆锥台结构增加LED的混光距离,提高平板灯均匀度.应用划分单元的思想,以一个六角形光源为单元进行研究,采用Taguchi实验方法设计正交试验组并借助Tracepro软件仿真;考量六角形光源的圆锥台元件上下表面半径、厚度、距LED高度以及LED间距5个因子对该灯具均匀度和光效率的影响,并运用ANOVA理论分析出因子对品质的影响程度,进而优化灯具的各项结构参量,最终设计出一款厚度仅15 mm,均匀度达95.3%,光效率达92.97%的直下式LED平板灯.

提出了一种侧入式无导光板自然光平板灯的设计方法.利用有机玻璃光纤将收集的自然光传导至平板灯里, 为达到均匀的自然光出光效果, 通过柱面透镜将光纤的输出光会聚并掠射在带有自由曲面的反光背板上.借助Tracepro软件设计不同投射角下的自由曲面反光背板并仿真, 结果表明: 设计的灯具照度均匀度达到94.1%.该灯具不仅可以解决LED的蓝光危害问题而且制作流程简单.该设计对太阳光转化为功能性照明和绿色照明具有借鉴意义.

在LED双面平板照明灯具中，为实现侧入式近场均匀照明，研究了一种LED柱面透镜阵列自由曲面投射器。根据非成像光学理论中的边缘光线原理，采用直接法和重叠法设计投射器的表面形状，利用反射旋转面和折射旋转面以及柱面透镜阵列将LED光源发出的朗伯光重新分配。建立侧面近场均匀照明的柱面透镜阵列自由曲面投射器模型，用TracePro软件对所设计的模型进行光线追迹仿真，结果表明，当不考虑反射损耗时投射器的出光效率达到96.03%，在投射器侧面的面板上面积为240 mm×360 mm的照度均匀度达到95.6%。