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如何將LED光學(xué)系統的燈光效果發(fā)揮到極致?

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LED作為新一代光源,正逐漸取代傳統節能燈的市場(chǎng)。

  但LED光源的發(fā)光形式,又與傳統光源有著(zhù)很大區別,目前市場(chǎng)上流通的LED產(chǎn)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。


  那么,LED的光學(xué)系統,又該如何進(jìn)行設計?

  為此,特采訪(fǎng)了“2014年度國家技術(shù)發(fā)明獎獲”獲得者、清華大學(xué)深圳研究生院錢(qián)可元教授。錢(qián)可元教授因在

“調控光線(xiàn)行為的三維自由光學(xué)曲面構建及其在半導體照明中的應用”的研究貢獻,于2015年1月9日榮獲該獎項。


  簡(jiǎn)單粗暴的LED光學(xué)設計

  影響LED光學(xué)設計最重要的因素包括光,電,機械三部分。光里面,除了光源本身,光學(xué)系統的設計尤為重要。

因為L(cháng)ED是一個(gè)點(diǎn)光源,想要滿(mǎn)足各種各樣的照明需求,必須要搭配上相應的光學(xué)系統。


  “從LED燈珠的封裝而言,一次配光比較簡(jiǎn)單。封裝企業(yè)一般都是立足于成本與量產(chǎn)的角度,較多地考慮材料與結構能

夠充分把光提取出來(lái),提高效率。


  另外一個(gè)是把光色做到合乎我們的要求,包括色溫的控制,色溫空間均勻性的控制。真正的配光,還得靠二次光學(xué)來(lái)設

計?!?


  然而,企業(yè)在設計光學(xué)系統的過(guò)程當中,往往采用拿來(lái)主義,稍加修改,或者直接采用供應商的方案。

  行業(yè)面臨最大的問(wèn)題是缺乏專(zhuān)業(yè)的人才,而LED光學(xué)設計要求更高,企業(yè)普遍缺乏理論指導,能夠進(jìn)行理性、

系統的設計LED配光系統的企業(yè)鳳毛麟角。


  LED精準配光設計難點(diǎn)

  企業(yè)設計能力與技術(shù)積累

  在行業(yè)剛剛起步之際,企業(yè)忙于搶占市場(chǎng),推廣產(chǎn)品,光品質(zhì)方面所考慮的東西比較少。比如一個(gè)路燈,

能達到基本照度要求,不會(huì )有太大問(wèn)題,能達到一定的照度均勻性就更好,也不會(huì )有太多人去較真。

至于一般的球泡、燈管,則基本沒(méi)有什么光學(xué)設計可言。


  精準光學(xué)設計本身也是LED照明產(chǎn)品優(yōu)化提高的需要,同樣一個(gè)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(jìn)行相應的光學(xué)設計,這就要求燈具廠(chǎng)能夠根據工程的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的光學(xué)設計。


  路的寬度,燈桿的高度,路燈的間距,路燈挑高的角度,都要求路燈的透鏡、光學(xué)系統有應對的措施。

  “這也就不難明白為何做路燈的都是一些大企業(yè)了。企業(yè)需要配置不同的模具,根據不同的需求搭配相應光學(xué)系統,

這樣才能把每條路都做得很漂亮。規模較小的企業(yè),難以承擔這樣的成本?!?錢(qián)可元教授指出。


  LED的特殊性

  照明設計與基本的光學(xué)理論大家都懂,但LED照明是一個(gè)新興的行業(yè),是要根據各種不同的應用場(chǎng)景來(lái)進(jìn)行設計,

對于設計者的要求相對較高,不但要懂理論,還得要有實(shí)踐的經(jīng)驗,跟整個(gè)工程實(shí)際情況去做相對應的光學(xué)設計。


  “特事特辦,沒(méi)有一個(gè)標準的模式或理論可以通用,這也是LED精準光學(xué)設計的難點(diǎn),根據不同的應用場(chǎng)景要求進(jìn)行設計。

在我們設計UV固化光源系統時(shí),要求的卻是發(fā)散角很小的大面積均勻強輻照,其設計又與傳統的同類(lèi)產(chǎn)品截然不同。

”錢(qián)可元說(shuō)。


  此外,一般的企業(yè)要養一個(gè)專(zhuān)業(yè)的光學(xué)工程師也不容易。


  COB的二次光學(xué)設計

  LED光學(xué)設計,通常是對于點(diǎn)光源而言,但COB是一個(gè)面光源,作為封裝主流趨勢之一,其配光設計也備受關(guān)注。

  COB封裝沒(méi)有進(jìn)行光學(xué)設計,只是芯片集成在一起,雖然COB本身發(fā)光均勻,應用到光學(xué)系統后卻會(huì )產(chǎn)生問(wèn)題。

  “如一個(gè)需要邊緣清晰的均勻照明的場(chǎng)景,實(shí)際上用COB來(lái)做,效果反而會(huì )差,本來(lái)很清楚的邊緣變得不清楚了,

或者照度變得不均勻了?!?


  錢(qián)可元談到,COB的配光對光斑要求較高的場(chǎng)合已成為行業(yè)的難題,但在特定的某些場(chǎng)合下,把COB的配光進(jìn)行一些優(yōu)化

和改進(jìn),從而使其符合要求,只是并非所有燈具都適合用COB光源。



  “目前我們對筒燈、射燈之類(lèi)的光學(xué)設計進(jìn)行一些優(yōu)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用于路燈,則必然得把透鏡做的很大,否則就沒(méi)辦法達到配光的要求?!?


  COB屬于擴展光源,如何對COB的二次光學(xué)設計進(jìn)行優(yōu)化設計,這也正是錢(qián)可元教授目前研究的一個(gè)方向。

  LED精準光學(xué)設計的誤區

  對LED光學(xué)設計的忽視

  LED作為照明產(chǎn)品,滿(mǎn)足人們各種各樣的照明需求是一個(gè)最基本的功能,但企業(yè)對于LED光學(xué)設計卻未給予足夠的重視,

如燈絲燈,從光學(xué)設計角度而言比較簡(jiǎn)單粗暴,“不能說(shuō)倒退了,但確實(shí)是一個(gè)無(wú)奈之舉?!?


  未考慮燈與環(huán)境的融合

  路燈就是一個(gè)很好的例子,眩光、斑馬線(xiàn)等現象時(shí)有存在,其原因就是設計企業(yè),未能充分考慮到具體路段的環(huán)境因素

造成的。


  “目前我們設計的新一代LED路燈西塔,可以根據實(shí)際路面的反射系數優(yōu)化光源在路面的照度分布,從而達到在控制燈具

眩光的前提下,滿(mǎn)足路面照度與亮度同時(shí)均勻,有效消除路面的''斑馬線(xiàn)''現象?!?


  未考慮光源與光學(xué)系統的適配問(wèn)題

  LED的光學(xué)設計,一定是根據具體的光源來(lái)設計的,光源不一樣,透鏡也就得跟著(zhù)改變。

  “目前的光源,各家封裝廠(chǎng)都會(huì )有所不同,封裝器件變了,光學(xué)系統是不是合適,這些東西應用廠(chǎng)也應該去考量。此類(lèi)技術(shù)

問(wèn)題在涉及背光源和直下式平板燈的光學(xué)設計中尤為重要。在接觸過(guò)程中,我們發(fā)現有些企業(yè)在這方面做得還是有限?!?


  “企業(yè)進(jìn)行LED光學(xué)設計,要根據市場(chǎng)需要,或自身產(chǎn)品定位而進(jìn)行。比如均勻度,80%是均勻,90%也是均勻,

只要能夠滿(mǎn)足產(chǎn)品的市場(chǎng)需求,這個(gè)光學(xué) 系統就夠了。真正好的照明企業(yè),還應有一個(gè)光學(xué)工程師,不一定都要自己設計,

但起碼光學(xué)設計理念一定要了解,企業(yè)應該要知道如何取舍,如何控制自家產(chǎn)品的 光學(xué)設計要求?!?錢(qián)可元教授最后建議道。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?LED照明燈具

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