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如何將LED光學係統的燈光效果發揮到極致?

Join date: 2016-4-11  Total viewed: 750

LED作為新一代光源,正逐漸取代傳統節能燈的市場。

LED光源的發光形式,又與傳統光源有著很大區別,目前市場上流通的LED產品,除了少數,如路燈,大部分都沿用了傳統光源的配光設計,比較粗獷和籠統。

那麽,LED的光學係統,又該如何進行設計?

為此,特采訪了“2014年度國家技術發明獎獲”獲得者、清華大學深圳研究生院錢可元教授。錢可元教授因在“調控光線行為的三維自由光學曲麵構建及其在半導體照明中的應用”的研究貢獻,於2015年1月9日榮獲該獎項。

簡單粗暴的LED光學設計

影響LED光學設計最重要的因素包括光,電,機械三部分。光裏麵,除了光源本身,光學係統的設計尤為重要。因為LED是一個點光源,想要滿足各種各樣的照明需求,必須要搭配上相應的光學係統。

“從LED燈珠的封裝而言,一次配光比較簡單。封裝企業一般都是立足於成本與量產的角度,較多地考慮材料與結構能夠充分把光提取出來,提高效率。

另外一個是把光色做到合乎AG電投網的要求,包括色溫的控製,色溫空間均勻性的控製。真正的配光,還得靠二次光學來設計。”

然而,企業在設計光學係統的過程當中,往往采用拿來主義,稍加修改,或者直接采用供應商的方案。

行業麵臨最大的問題是缺乏專業的人才,而LED光學設計要求更高,企業普遍缺乏理論指導,能夠進行理性、係統的設計LED配光係統的企業鳳毛麟角。

LED精準配光設計難點

企業設計能力與技術積累

在行業剛剛起步之際,企業忙於搶占市場,推廣產品,光品質方麵所考慮的東西比較少。比如一個路燈,能達到基本照度要求,不會有太大問題,能達到一定的照度均勻性就更好,也不會有太多人去較真。至於一般的球泡、燈管,則基本沒有什麽光學設計可言。

精準光學設計本身也是LED照明產品優化提高的需要,同樣一個路燈,要設計得好,需要根據不同的路段、燈本身的配置情況,進行相應的光學設計,這就要求燈具廠能夠根據工程的實際情況來進行專業的光學設計。

路的寬度,燈杆的高度,路燈的間距,路燈挑高的角度,都要求路燈的透鏡、光學係統有應對的措施。

“這也就不難明白為何做路燈的都是一些大企業了。企業需要配置不同的模具,根據不同的需求搭配相應光學係統,這樣才能把每條路都做得很漂亮。規模較小的企業,難以承擔這樣的成本。” 錢可元教授指出。

LED的特殊性

照明設計與基本的光學理論大家都懂,但LED照明是一個新興的行業,是要根據各種不同的應用場景來進行設計,對於設計者的要求相對較高,不但要懂理論,還得要有實踐的經驗,跟整個工程實際情況去做相對應的光學設計。

“特事特辦,沒有一個標準的模式或理論可以通用,這也是LED精準光學設計的難點,根據不同的應用場景要求進行設計。在AG電投網設計UV固化光源係統時,要求的卻是發散角很小的大麵積均勻強輻照,其設計又與傳統的同類產品截然不同。”錢可元說。

此外,一般的企業要養一個專業的光學工程師也不容易。

COB的二次光學設計

LED光學設計,通常是對於點光源而言,但COB是一個麵光源,作為封裝主流趨勢之一,其配光設計也備受關注。

COB封裝沒有進行光學設計,隻是芯片集成在一起,雖然COB本身發光均勻,應用到光學係統後卻會產生問題。

“如一個需要邊緣清晰的均勻照明的場景,實際上用COB來做,效果反而會差,本來很清楚的邊緣變得不清楚了,或者照度變得不均勻了。”

錢可元談到,COB的配光對光斑要求較高的場合已成為行業的難題,但在特定的某些場合下,把COB的配光進行一些優化和改進,從而使其符合要求,隻是並非所有燈具都適合用COB光源。

“目前AG電投網對筒燈、射燈之類的光學設計進行一些優化,有些筒燈不是加透鏡,而是加反光杯,可以夠獲得較好的照明效果。如果COB用於路燈,則必然得把透鏡做的很大,否則就沒辦法達到配光的要求。”

COB屬於擴展光源,如何對COB的二次光學設計進行優化設計,這也正是錢可元教授目前研究的一個方向。

LED精準光學設計的誤區

對LED光學設計的忽視

LED作為照明產品,滿足人們各種各樣的照明需求是一個最基本的功能,但企業對於LED光學設計卻未給予足夠的重視,如燈絲燈,從光學設計角度而言比較簡單粗暴,“不能說倒退了,但確實是一個無奈之舉。”

未考慮燈與環境的融合

路燈就是一個很好的例子,眩光、斑馬線等現象時有存在,其原因就是設計企業,未能充分考慮到具體路段的環境因素造成的。

“目前AG電投網設計的新一代LED路燈西塔,可以根據實際路麵的反射係數優化光源在路麵的照度分布,從而達到在控製燈具眩光的前提下,滿足路麵照度與亮度同時均勻,有效消除路麵的''斑馬線''現象。”

未考慮光源與光學係統的適配問題

LED的光學設計,一定是根據具體的光源來設計的,光源不一樣,透鏡也就得跟著改變。

“目前的光源,各家封裝廠都會有所不同,封裝器件變了,光學係統是不是合適,這些東西應用廠也應該去考量。此類技術問題在涉及背光源和直下式平板燈的光學設計中尤為重要。在接觸過程中,AG電投網發現有些企業在這方麵做得還是有限。”

“企業進行LED光學設計,要根據市場需要,或自身產品定位而進行。比如均勻度,80%是均勻,90%也是均勻,隻要能夠滿足產品的市場需求,這個光學 係統就夠了。真正好的照明企業,還應有一個光學工程師,不一定都要自己設計,但起碼光學設計理念一定要了解,企業應該要知道如何取舍,如何控製自家產品的 光學設計要求。” 錢可元教授最後建議道。



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