如何將【LED凈化燈】光學(xué)系統的燈光效果發(fā)揮到極致？

　LED凈化燈作為新一代光源，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凈化燈的光學(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凈化燈光學(xué)設計

　　影響LED凈化燈光學(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凈化燈燈珠的封裝而言，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凈化燈精準配光設計難點(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凈化燈照明產(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凈化燈的特殊性

　　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凈化燈作為照明產(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。

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