大功率LED在照明灯具设计中的问题与策略

大功率LED在照明灯具设计中的问题与策略

厦门市信达光电科技有限公司福建厦门361000

摘要:现如今,在使用和设计LED灯具时,还存在着较多的问题,为了改变传统灯具给人过于工业化和机械化的感觉,就要通过利用LED新光源有光“无”源——即“只见光,不见源”的特殊优势来实现,这也是其优于传统光源的独特优势;可是因为其在应用方面没有得到推广,致使出现了应用范围过窄,在家居等方面普及不够,老百姓对其认可度不高等现象,因此,要想让LED光源走进人们的生活当中,就要通过运用现代设计的方法对其进行改进创新来实现。

关键词:设计;LED;照明;灯具;措施;

引言

发光二极管(LightEmittingDiode,LED)在近些年里已经取得了突破性的进展,它在照明产业发展中,已然成为了的一个热点。但是到目前为止,单颗LED的功率还不足以起到照明的作用,所以LED路灯一定要采用LED阵列。LED路灯的发光光源主要选用的是功率为1W的大功率LED,同时配光设计上,至少需要进行二次及二次以上。并且灯具的散热效果还会被透镜配光或是反光器件配光所影响,同时灯具还有着复杂的机械结构。本文主要讨论了大功率的LED在照明灯具设计中亟待解决的问题。

1大功率LED在照明灯具的特点

在厦门,不管是大的商场门前、公园里、隧道里,还是各个高档的建筑物上面,LED灯具都是随处可见的,现在就LED隧道灯具进行分析,LED隧道灯优点:反光效率高,透光性好,节能环保。LED与传统隧道照明光源的对比LED是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光,对比传统的道路隧道照明光源(钠灯、金卤灯等),LED光源具有如下优势:1.光衰小:在良好的散热条件先,LED前10000h为正光衰,前10000h光衰为3%一10%,前50000h基本为30%,这种光源远远低于普通道路照明光源,而且,他发出来的光也非常的稳定。2.显色性高:一般我们在厦门见到的LED光源都是五颜六色的,因为,LED显色性约为70~80,如果在光源上使用三基色荧光粉的话更高;一般高压钠灯为20~35,低压钠灯更低,所以即便传统光源的亮度高于LED,但是它的视觉效果绝对没有LED灯具的光源好,目前,LED光源应用发展的一个方向就是“不是最亮,但是看的最清楚”。3.寿命:LED的寿命高于一般道路隧道照明光源,现在普遍高于50000h。4.价格:LED灯头虽然目前价格比传统照明灯具高,但是,它的优点比普通灯具的优点多得多,而且,随着制造技术的成熟,它的价格现在也在一定程度上下降,一般而言,高低压钠灯一般一套价格在2000元左右,除此之外,LED还具有维护系数高、安全性能好、无频闪及节能环保等优势。而且,由于LED球泡灯在结构上要比白炽灯复杂,所以即使在大规模生产的情况下,产品价格也会高于白炽灯,就目前来讲LED球泡灯的价格也高于电子节能灯。但随着越来越多的人认识和接受,以及规模生产的慢慢铺开,LED球泡灯的价格会很快达到电子节能灯的水平。如果在购买的时候算上一笔节能帐,就会发现,即使是现在较高的价格,在使用一年的基础上,初始购买成本+1年电费也要低于白炽灯和电子节能灯。而LED球泡灯目前的使用寿命已经可以高达30000小时。

2大功率LED照明设计中所需解决的几个问题

2.1计算机辅助设计

照明灯具属于非成像光学系统,其配光设计只需从能量传递规律角度进行。LED的光学系统设计包括封装芯片之前LED器件内的光学设计和LED应用时器件外的光学设计[z]。LED器件内的设计涉及芯片、反射镜和封装芯片的光学透镜,一般称为一次光学设计。它主要影响芯片提取光的能力和出射光强度的分布。LED器件外的光学设计又称为二次光学设计,即在一次光学设计的基础上,通过在LED芯片外增加透镜、反射镜等器件来改变光线的路径,从而改变光强的空间分布。光学设计需要追迹大量光线,通常在光学设计软件的辅助下完成。

2.2灵活操控玩转创意

在设计过程中,要切实利用其灵活、可操控的特点来进行,就拿以下这款LED便携式护眼台灯来说,首先,这项设计对LED体小质轻的特点进行了充分的利用,使产品的体积得到了极大的减小;其次,还通过利用LED光源的可操控性,设计出来了触控式的调光开关,并且在设定的最佳明视波长范围之内,可以自由调节光强,从而对人们的视力进行了保护,实现了预防发生近视的目的。在造型方面,由于可以将LED点光源本身的体积给忽略掉,所以可以将它设计成具有小巧、简约、优雅、轻薄、纤细等特点的形式,使人们携带起来更加方便。并且还可将文具临时放置在稳定的底座上,在加工制造方面上,也十分的简便。

2.3个性化的设计

在厦门,那些随处可见的LED灯具大多都不具备个性的设计,总是设计成以前的模样,没有任何新意与创新,因为LED的模块化方便了照明设计,我们可根据设计者的思想将LED保持在良好的工作状态中,只不过由于LED的产品是依据传统的光源和规格进行设计的,因此在个性化照明方面满足不了人们对LED灯具的要求。所以LED灯具供货商目前面临的最大挑战就是对LED产品进行个性化的研发与设计。要与时俱进,切实加大对LED灯具的个性化设计,争取使人们的需求都得到满足。

2.4小功率的设计

在厦门,大部分的LED灯具都是大功率的,这样会给城市造成光污染,而且,也不利于节能,因此,在LED灯具设计时,要充分考虑,城市夜景照明追求的不是亮度而是艺术的创意设计,所以,我们应该加强小功率的LED产品的设计,使其达到节能的效果,并且让他们可以更好的被使用到我们的生活中去,由于,LED发光角度小、方向性强,可作局部重点照明,但问题是要给设计师提供有足够大的选择范围,加强外观上个性设计的要求,这样就可以肯定地说LED将会在未来引领照明的时尚与新潮。

2.5环保与节能

尽管目前现有的LED技术,已经开始向照明节能方向发展,但仍有少数LED照明并未实现节能与‘绿色照明”理念,而是相违背,因此,在未来设计中,LED技术在照明工程中的应用目标之一,便是“照明节能”,猜想如果能将太阳能与LED技术相融合LED技术的应用范围将更大。

3相关策略

3.1从“点光源”出发

首先,从LED的光源本质上来说,它是“点光源”。在物理学上,点光源是指理想化为质点的向四面八方发出光线的光源,这种光源其实在现实中是不存在的,在理想模型当中认为其极微小,因此我们可以忽略其体积质量的存在。LED点光源指的是它以LED(发光二极管)作为发光体的点状光源,与传统光源相比它体积很小、重量极轻,可以看作发光点,因此被称为“点光源”。由于这个特点,它可以灵活制作成各种形状的器件,便于灯具的外观设计,以及光强的分布控制、配套设备的布置。很大程度上它发光时我们看到的是光,可以忽略发光点的存在,也就是说人们可以感受到光亮却“找不到”光源。

3.2“光环境”的自由

“光环境”的自由设计可以在没有光源的位置进行。自古以来,人和光的关系是永恒的话题,人的生理和心理会由于不同的光色和亮度,而产生不同的影响,在很多情况下,很亮的白光并不被人们所需要,而被人们生理和心理所需要的一般来说都是黄光或其他颜色的光。对于三基色LED来说,它实现了人们对亮度、灰度、颜色的连续变换和选择,从而使这种多彩的光被人们所接受。因此在室内时,人们可以设定自己喜欢的(如颜色、温度、亮度和方向等)照明效果,使人性化的智能控制得以实现。如果要想满足特定的场合环境,可以选择在室内营造出不同程度上的光感,做到渲染气氛,使人们的心理要求得到满足。例如,将五颜六色的光设置在KTV中,就可以给人们带来了一个愉快的心情,从而更好的融入到那种嗨的氛围当中。因此,在不同的空间和时间中,通过对光的亮度、灰度、颜色的变化进行选择设置以及控制将各种光环境模拟出来,使人们的情绪得到引导和改善,将这种人性化的照明环境充分的体现了出来。

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