大功率LED燈具的配光設計

趙志成

摘 要：隨著LED光源技術的不斷發展，其節能環保、使用壽命長等方面的優點得到了人們關注。當前，大功率LED技術達到了快速的發展，但是其在配光設計方面存在一些問題，基于此本文對大功率LED燈具的配光設計進行了研究。

關鍵詞：大功率LED；燈具；配光設計

大功率LED是第四代電光源，將其應用于照明領域，具有顯著的優點。其作為“綠色照明光源”，具有良好的節能性能，綠色環保，而且還具有光照均勻、使用壽命長以及靈活方便等多方面的優點，由于具備的這些優點，其在照明領域中具有廣闊的應用空間。隨著LED光源的應用，對于降低能源的消耗，緩解用電矛盾具有重要的意義，而且其還有利于資源節約型社會的建設。當前大功率高亮度LED光源，還是一項剛剛發展起來的技術，在實際的應用中還面臨著多方面的問題，如散熱以及電源驅動，尤其重要的是，還需要解決好燈具的光學系統設計問題，這一問題決定這燈具的使用效果，基于此本文對大功率LED燈具的配光設計進行了研究。

1 大功率 LED 在我國的應用

當前我國正在努力進行節能減排，各領域都在提高能源的利用效率，在這樣的背景下，半導體照明已經得到了人們的廣泛關注，并且被列入了節能減排產業示范項目。LED本身就是一種半導體材料，具有綠色環保、節能等多方面的特點，因此大功率LED在我國擁有非常大的應用潛力，能夠得到廣泛的推廣和應用。當前，LED光源主要在景觀裝飾、汽車照明、顯示屏、背光源等方面具有重要應用，而隨著LED技術的發展，大功率LED技術出現并快速發展，進一步拓展了LED光源的應用，在一些特殊用途的專用照明領域也獲得了應用。但是就目前的市場情況而言，大功率LED照明設備還存在一些制約其廣泛應用的因素，包括散熱、電源驅動以及配光設計等方面，而且其還存在發光效率低，而成本偏高的問題，在這樣的情況下，大功率LED設備主要在隧道和道路領域進行應用，還沒有實現廣泛的應用。

2 大功率 LED 照明燈具的配光設計

所謂配光，其實是指光源在空間各個方向上的光強分布，在進行大功率LED照明燈具的配光設計時，要確保光線的分布達到相關的標準，使光線盡量投射到相關地方的各個區域，滿足照明的需求。當前，大功率LED照明燈具在應用過程中面臨的一個顯著問題是，其配光設計必須要準確到位，這樣其才能夠取代傳統的照明燈具，獲得更加廣泛的應用，因此加強對于大功率LED燈具的配光設計研究，對于大功率LED燈具的發展具有重要的意義、

在進行LED燈具的時，第一步就要確定燈具的應用場合和種類，然后根據實際的要求確定燈具應滿足的性能要求，然后基于其進行燈具配光方案的制定，同時還需要確認燈具的測試和驗證方案，從而在完成開發工作之后對其進行綜合論證，并對這個過程中存在的問題進行修改，解決存在的問題后可以結束試制階段，對燈具進行小批量的生產，這樣就完成了整個燈具開發設計的過程。其中，配光設計是最為核心的步驟，下面大功率LED設計方法進行介紹：

2.1 按照燈具的使用環境來進行燈具色溫的確定

當前有很多種方法可以使大功率LED光源實現發射白光，其中最為常用的，技術最為成熟的則是在GaN 基藍光芯片上涂上一層黃色的熒光粉這一方法。通過應用這一方法，能夠使得一部分藍光激發熒光粉，從而產生黃綠色的光，而直接透過熒光粉的則為藍光，二者混合之后就會產生白光。就當前我國企業生產的大功率LED光源的情況而言，色溫普遍不夠理想，這主要是由于我國企業還沒有掌握熒光粉的核心技術，而國際上對這一技術進行壟斷，導致國內的技術水平不足。另外，由于不同地域的人，對于熒光粉的感受存在一定的差異性，因，在燈具設計時，還需要根據應用場合的不同，來選擇和場合最適合的色溫的光源。一般大功率LED光源的生產廠家，都會對其生產的光源進行分檔，根據其提供的數據就可以計算出色溫。

光源顯現在物體上的顏色，可以根據光源的顯色指數進行判斷，而色溫對于顯色指數存在一定的影響，不同的色溫所對應的光源的顯色指數也存在一定程度的差異。通常可以將白光分為三個檔，分別是暖色、冷色和暖白光，這三種光分別具有不同的特點，因此其應用的場合也有所區別。如，暖色光的特點是，其能夠讓人感受到溫馨和舒適，因此其經常被用于家庭、賓館和宿舍等場合；而冷色光則非常的明亮，有助于讓人保持注意力，因此在辦公室和圖書館等場合應用的比較多；而暖白色光則具有讓人身心愉悅，給人明朗之感的特點，因此最適合被應用在醫院和餐館等。綜上所述，在確定燈具的色溫時，要根據目標應用場所來確定，從而確保有良好的燈光效果，滿足人們的實際需求。

2.2 燈具的總光通量的確定

光通量指的是人眼感受到的輻射功率，進行燈具的總光通量計算，并不是簡單的過程，這是由于影響光通量的因素有很多，包括光源的流明維持率，這也是最為直接的影響因素。另外反射罩、路面反射系數、燈具的效率和維護系數都會對其造成顯著的影響。在進行總光通量的計算時，應在保證總功率盡可能低的前提下，獲得較高的流明數，燈具的總光通量不僅受到單顆燈的光通量有關，還和燈具的安裝距離、維護系數以及配光系統有著比較大的關系。光學系統是非常復雜的，因此在進行總光通量的計算時，不僅要考慮到理論計算，而且還要通過參考已知光通量的LED燈具，以及傳統燈具的光通量來最終進行確定。通過進行綜合分析，獲得的燈具總通光量計算公式為：燈具總通光量 = 單顆光源的有效通量 × 光源數量 × 利用系數。在計算公式中，利用系數這一值受到配光系統的光損以及燈罩透光率等因素的影響。

2.3 理想的配光方案的確定

通過制定出理想的配光方案，可以最大程度上提高燈光效果，使燈具可以在不同領域中都發揮出良好的作用。在進行配光方案的設計時，應對各種信息和材料及進行充分的考慮，確保其能夠發揮出良好的效果。配光曲線，是表示燈具發射出的光，在空間中光強分布情況的，其可以反映出燈具的很多信息，包括光源數量、功率、光通量、燈具效率以及功率因數等等。

照明燈具的光強分布，主要是借助燈具的反光罩、透光棱鏡、格柵以及反光罩等對燈光進行控制來實現的。其中，最基本的控光部件就是發射罩，這一部件的反射比越高，則具有更強的反射能力，也就具更強的控光能力。當前，最常用的燈罩材料包括不銹鋼板、拋光氧化鋁等，為了實現對光強分布的準確控制，需要按照反射定律，來進行反射罩的形狀和尺寸的設計。通過燈具的配光，可以對燈具的照射范圍、方向等進行計算，同時還可以計算出有效的安裝高度、射程以及照射范圍內的照度等相關信息。

結論

大功率LED光源具有多方面的優點，不僅節能環保，而且具有較長的使用壽命，因此在未來大功率LED燈具會得到廣泛的應用。就目前而言，其在配光方面還存在一定的問題，需要進一步的進行研究，對其進行完善，從而提高其性能，使其獲得更加廣泛的應用。

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