如何将LED光学系统的灯光效果发挥到极致?

2015-03-28 14:52:55来源: 互联网 关键字:LED  光学系统
  LED作为新一代光源,正逐渐取代传统节能灯的市场。

  但LED光源的发光形式,又与传统光源有着很大区别,目前市场上流通的LED产品,除了少数,如路灯,大部分都沿用了传统光源的配光设计,比较粗犷和笼统。

  那么,LED的光学系统,又该如何进行设计?

  为此,特采访了“2014年度国家技术发明奖获”获得者、清华大学深圳研究生院钱可元教授。钱可元教授因在“调控光线行为的三维自由光学曲面构建及其在半导体照明中的应用”的研究贡献,于2015年1月9日荣获该奖项。

  简单粗暴的LED光学设计

  影响LED光学设计最重要的因素包括光,电,机械三部分。光里面,除了光源本身,光学系统的设计尤为重要。因为LED是一个点光源,想要满足各种各样的照明需求,必须要搭配上相应的光学系统。

  “从LED灯珠的封装而言,一次配光比较简单。封装企业一般都是立足于成本与量产的角度,较多地考虑材料与结构能够充分把光提取出来,提高效率。

  另外一个是把光色做到合乎我们的要求,包括色温的控制,色温空间均匀性的控制。真正的配光,还得靠二次光学来设计。”

  然而,企业在设计光学系统的过程当中,往往采用拿来主义,稍加修改,或者直接采用供应商的方案。

  行业面临最大的问题是缺乏专业的人才,而LED光学设计要求更高,企业普遍缺乏理论指导,能够进行理性、系统的设计LED配光系统的企业凤毛麟角。

  LED精准配光设计难点

  企业设计能力与技术积累

  在行业刚刚起步之际,企业忙于抢占市场,推广产品,光品质方面所考虑的东西比较少。比如一个路灯,能达到基本照度要求,不会有太大问题,能达到一定的照度均匀性就更好,也不会有太多人去较真。至于一般的球泡、灯管,则基本没有什么光学设计可言。

  精准光学设计本身也是LED照明产品优化提高的需要,同样一个路灯,要设计得好,需要根据不同的路段、灯本身的配置情况,进行相应的光学设计,这就要求灯具厂能够根据工程的实际情况来进行专业的光学设计。

  路的宽度,灯杆的高度,路灯的间距,路灯挑高的角度,都要求路灯的透镜、光学系统有应对的措施。

  “这也就不难明白为何做路灯的都是一些大企业了。企业需要配置不同的模具,根据不同的需求搭配相应光学系统,这样才能把每条路都做得很漂亮。规模较小的企业,难以承担这样的成本。” 钱可元教授指出。

  LED的特殊性

  照明设计与基本的光学理论大家都懂,但LED照明是一个新兴的行业,是要根据各种不同的应用场景来进行设计,对于设计者的要求相对较高,不但要懂理论,还得要有实践的经验,跟整个工程实际情况去做相对应的光学设计。

  “特事特办,没有一个标准的模式或理论可以通用,这也是LED精准光学设计的难点,根据不同的应用场景要求进行设计。在我们设计UV固化光源系统时,要求的却是发散角很小的大面积均匀强辐照,其设计又与传统的同类产品截然不同。”钱可元说。

  此外,一般的企业要养一个专业的光学工程师也不容易。

  COB的二次光学设计

  LED光学设计,通常是对于点光源而言,但COB是一个面光源,作为封装主流趋势之一,其配光设计也备受关注。

  COB封装没有进行光学设计,只是芯片集成在一起,虽然COB本身发光均匀,应用到光学系统后却会产生问题。

  “如一个需要边缘清晰的均匀照明的场景,实际上用COB来做,效果反而会差,本来很清楚的边缘变得不清楚了,或者照度变得不均匀了。”

  钱可元谈到,COB的配光对光斑要求较高的场合已成为行业的难题,但在特定的某些场合下,把COB的配光进行一些优化和改进,从而使其符合要求,只是并非所有灯具都适合用COB光源。

  “目前我们对筒灯、射灯之类的光学设计进行一些优化,有些筒灯不是加透镜,而是加反光杯,可以够获得较好的照明效果。如果COB用于路灯,则必然得把透镜做的很大,否则就没办法达到配光的要求。”

  COB属于扩展光源,如何对COB的二次光学设计进行优化设计,这也正是钱可元教授目前研究的一个方向。

  LED精准光学设计的误区

  对LED光学设计的忽视

  LED作为照明产品,满足人们各种各样的照明需求是一个最基本的功能,但企业对于LED光学设计却未给予足够的重视,如灯丝灯,从光学设计角度而言比较简单粗暴,“不能说倒退了,但确实是一个无奈之举。”

  未考虑灯与环境的融合

  路灯就是一个很好的例子,眩光、斑马线等现象时有存在,其原因就是设计企业,未能充分考虑到具体路段的环境因素造成的。

  “目前我们设计的新一代LED路灯西塔,可以根据实际路面的反射系数优化光源在路面的照度分布,从而达到在控制灯具眩光的前提下,满足路面照度与亮度同时均匀,有效消除路面的''斑马线''现象。”

  未考虑光源与光学系统的适配问题

  LED的光学设计,一定是根据具体的光源来设计的,光源不一样,透镜也就得跟着改变。

  “目前的光源,各家封装厂都会有所不同,封装器件变了,光学系统是不是合适,这些东西应用厂也应该去考量。此类技术问题在涉及背光源和直下式平板灯的光学设计中尤为重要。在接触过程中,我们发现有些企业在这方面做得还是有限。”

  “企业进行LED光学设计,要根据市场需要,或自身产品定位而进行。比如均匀度,80%是均匀,90%也是均匀,只要能够满足产品的市场需求,这个光学 系统就够了。真正好的照明企业,还应有一个光学工程师,不一定都要自己设计,但起码光学设计理念一定要了解,企业应该要知道如何取舍,如何控制自家产品的 光学设计要求。” 钱可元教授最后建议道。

关键字:LED  光学系统

编辑:探路者 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/LED/2015/0328/article_11909.html
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现任华润矽威科技(上海)有限公司市场部经理/高工,上海市传感技术学会理事、副秘书长。

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