如何把LED光學(xué)系統(tǒng)的燈光效果發(fā)揮到極致?
發(fā)布時(shí)間:2015-03-09 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】LED作為新一代光源,正逐漸取代傳統(tǒng)節(jié)能燈的市場。但LED光源的發(fā)光形式,又與傳統(tǒng)光源有著很大區(qū)別,目前市場上流通的LED產(chǎn)品,除了少數(shù),如路燈,大部分都沿用了傳統(tǒng)光源的配光設(shè)計(jì),比較粗獷和籠統(tǒng)。那么,LED的光學(xué)系統(tǒng),又該如何進(jìn)行設(shè)計(jì)?
為此,特采訪了“2014年度國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)獲”獲得者、清華大學(xué)深圳研究生院錢可元教授。錢可元教授因在“調(diào)控光線行為的三維自由光學(xué)曲面構(gòu)建及其在半導(dǎo)體照明中的應(yīng)用”的研究貢獻(xiàn),于2015年1月9日榮獲該獎(jiǎng)項(xiàng)。
簡單粗暴的LED光學(xué)設(shè)計(jì)
影響LED光學(xué)設(shè)計(jì)最重要的因素包括光,電,機(jī)械三部分。光里面,除了光源本身,光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤為重要。因?yàn)長ED是一個(gè)點(diǎn)光源,想要滿足各種各樣的照明需求,必須要搭配上相應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)。
“從LED燈珠的封裝而言,一次配光比較簡單。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(jié)構(gòu)能夠充分把光提取出來,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)來設(shè)計(jì)。”
然而,企業(yè)在設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)的過程當(dāng)中,往往采用拿來主義,稍加修改,或者直接采用供應(yīng)商的方案。
行業(yè)面臨最大的問題是缺乏專業(yè)的人才,而LED光學(xué)設(shè)計(jì)要求更高,企業(yè)普遍缺乏理論指導(dǎo),能夠進(jìn)行理性、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)LED配光系統(tǒng)的企業(yè)鳳毛麟角。
LED精準(zhǔn)配光設(shè)計(jì)難點(diǎn)
企業(yè)設(shè)計(jì)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,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(dá)到基本照度要求,不會(huì)有太大問題,能達(dá)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,則基本沒有什么光學(xué)設(shè)計(jì)可言。
精準(zhǔn)光學(xué)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)得好,需要根據(jù)不同的路段、燈本身的配置情況,進(jìn)行相應(yīng)的光學(xué)設(shè)計(jì),這就要求燈具廠能夠根據(jù)工程的實(shí)際情況來進(jìn)行專業(yè)的光學(xué)設(shè)計(jì)。
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(tǒng)有應(yīng)對(duì)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(jù)不同的需求搭配相應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),這樣才能把每條路都做得很漂亮。規(guī)模較小的企業(yè),難以承擔(dān)這樣的成本。” 錢可元教授指出。
LED的特殊性。
照明設(shè)計(jì)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(jù)各種不同的應(yīng)用場景來進(jìn)行設(shè)計(jì),對(duì)于設(shè)計(jì)者的要求相對(duì)較高,不但要懂理論,還得要有實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn),跟整個(gè)工程實(shí)際情況去做相對(duì)應(yīng)的光學(xué)設(shè)計(jì)。
“特事特辦,沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模式或理論可以通用,這也是LED精準(zhǔn)光學(xué)設(shè)計(jì)的難點(diǎn),根據(jù)不同的應(yīng)用場景要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。在我們設(shè)計(jì)UV固化光源系統(tǒng)時(shí),要求的卻是發(fā)散角很小的大面積均勻強(qiáng)輻照,其設(shè)計(jì)又與傳統(tǒng)的同類產(chǎn)品截然不同。”錢可元說。
此外,一般的企業(yè)要養(yǎng)一個(gè)專業(yè)的光學(xué)工程師也不容易。
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COB的二次光學(xué)設(shè)計(jì)。
LED光學(xué)設(shè)計(jì),通常是對(duì)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(shè)計(jì)也備受關(guān)注。
COB封裝沒有進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì),只是芯片集成在一起,雖然COB本身發(fā)光均勻,應(yīng)用到光學(xué)系統(tǒng)后卻會(huì)產(chǎn)生問題。
“如一個(gè)需要邊緣清晰的均勻照明的場景,實(shí)際上用COB來做,效果反而會(huì)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(duì)光斑要求較高的場合已成為行業(yè)的難題,但在特定的某些場合下,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(duì)筒燈、射燈之類的光學(xué)設(shè)計(jì)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,否則就沒辦法達(dá)到配光的要求。”
COB屬于擴(kuò)展光源,如何對(duì)COB的二次光學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),這也正是錢可元教授目前研究的一個(gè)方向。
LED精準(zhǔn)光學(xué)設(shè)計(jì)的誤區(qū)
對(duì)LED光學(xué)設(shè)計(jì)的忽視。
LED作為照明產(chǎn)品,滿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(duì)于LED光學(xué)設(shè)計(jì)卻未給予足夠的重視,如燈絲燈,從光學(xué)設(shè)計(jì)角度而言比較簡單粗暴,“不能說倒退了,但確實(shí)是一個(gè)無奈之舉。”
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、斑馬線等現(xiàn)象時(shí)有存在,其原因就是設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的新一代LED路燈西塔,可以根據(jù)實(shí)際路面的反射系數(shù)優(yōu)化光源在路面的照度分布,從而達(dá)到在控制燈具眩光的前提下,滿足路面照度與亮度同時(shí)均勻,有效消除路面的''斑馬線''現(xiàn)象。”
未考慮光源與光學(xué)系統(tǒng)的適配問題。
LED的光學(xué)設(shè)計(jì),一定是根據(jù)具體的光源來設(shè)計(jì)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(huì)有所不同,封裝器件變了,光學(xué)系統(tǒng)是不是合適,這些東西應(yīng)用廠也應(yīng)該去考量。此類技術(shù)問題在涉及背光源和直下式平板燈的光學(xué)設(shè)計(jì)中尤為重要。在接觸過程中,我們發(fā)現(xiàn)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(shè)計(jì),要根據(jù)市場需要,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,只要能夠滿足產(chǎn)品的市場需求,這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)就夠了。真正好的照明企業(yè),還應(yīng)有一個(gè)光學(xué)工程師,不一定都要自己設(shè)計(jì),但起碼光學(xué)設(shè)計(jì)理念一定要了解,企業(yè)應(yīng)該要知道如何取舍,如何控制自家產(chǎn)品的光學(xué)設(shè)計(jì)要求。” 錢可元教授最后建議道。
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