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光學(xué)設(shè)計(jì)是LED光的手槍:讓LED指哪打哪 無所不能

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關(guān)鍵詞: 光學(xué)設(shè)計(jì),LED照明,二次配光

      試過被直射的陽光亮瞎眼睛嗎?這就是最原始的“眩光”來源,但很多建筑會(huì)把陽光“馴服”,讓它變得舒適可人,像因?yàn)楣鈱W(xué)設(shè)計(jì)舉世聞名的金貝爾博物館:

      圖:美術(shù)館內(nèi)部,懸掛在天花頂部“人”字型的反射器,把日光引進(jìn)室內(nèi),均勻反射到兩側(cè)弧形的清水混凝土面上。

      同樣,如果LED的光源,沒有經(jīng)過光學(xué)設(shè)計(jì)的“馴服”,就會(huì)兇猛地外散,像這樣發(fā)飆:

      但如果經(jīng)過了光學(xué)設(shè)計(jì),馴服之后,光線就變得可以靈巧萬分,各種為我們所用:

      經(jīng)過光學(xué)設(shè)計(jì)“馴服”之后,光能幻變出各種符合我們使用需求的形狀和效果。

      所以,如果說LED光是子彈,那光學(xué)設(shè)計(jì)就是你需要的那把槍——讓LED指哪打哪,無所不能。

      有時(shí)二次光學(xué)和多次光學(xué)最終決定燈和燈具的光學(xué)性能,LED提供的是一個(gè)相對比較寬角度的光束(備注:一般封裝芯片角度為115°或120°)需要通過控光達(dá)到特定應(yīng)用的需求。比如定向射燈需要的是超窄角度光束,而路燈則需要的是覆蓋一個(gè)寬區(qū)域也許是矩形的光斑照明效果。要了解更多的光學(xué)應(yīng)用方案,請關(guān)注最近的光學(xué)發(fā)展趨勢。事實(shí)上,光學(xué)透鏡和反光杯是可以單獨(dú)或者組合的一起應(yīng)用到先進(jìn)的光源和燈具設(shè)計(jì)的,此外光學(xué)器件的設(shè)計(jì)也是必須保持與LED芯片的發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)的,比如現(xiàn)在的COB芯片發(fā)光面(LES)越來越小,光效越來越高等,下面讓我們回顧下光學(xué)公司最新發(fā)布的產(chǎn)品,尤其是COB的配套光學(xué)。

      --莫里賴特MauryWright

      來自Fraen的組合嵌入式TIR透鏡

      由于燈具應(yīng)用的需求,大尺寸發(fā)光面LES高功率的COB逐步面世上市以滿足燈具應(yīng)用的需求。但是正如我們一直以來的專題討論中得到出結(jié)論一樣,業(yè)界一直依賴應(yīng)用并能提供精準(zhǔn)的配光的全內(nèi)透(TIR)技術(shù),更適用于小發(fā)光面LES的COB芯片,比如室外區(qū)域照明和工礦燈照明應(yīng)用。為了改變這種情況,F(xiàn)rean轉(zhuǎn)向研究組合TIR透鏡,兩個(gè)配對TIR透鏡中間是有空襲非密封,這樣做的目的主要是利用比反光杯更矮的高度,達(dá)到并保持良好的配光效果。

      Ps譯者tips:針對大尺寸發(fā)光面的LED,這種組合透鏡將會(huì)一種發(fā)展方向之一。透鏡可以比同角度的反光杯更矮并提供更更高的cd/lm,但是目前市面上的單個(gè)TIR全內(nèi)透透鏡在控光和光色效果是都有問題。(這就猶如傳統(tǒng)照明年代大于250W金鹵燈用電子鎮(zhèn)流器并不比電感鎮(zhèn)流器節(jié)能,更不比電感鎮(zhèn)流器穩(wěn)定一樣的發(fā)展趨勢)

      來自AuerLighting的LED木星反光杯

      在光源或者燈具設(shè)計(jì)的時(shí)候,特別是定向照明情況下,通常會(huì)需要使用到透鏡和反光杯。通常情況下,兩者是獨(dú)立使用的,但是Auerlighting開發(fā)了混合透鏡和反光杯的光學(xué)器件,比如說定向照明時(shí)匹配CREE公司的9mm發(fā)光面芯片CXA1512芯片可以獲得7.5度高達(dá)28000cd(CBCP)。

      來自Khatod的Kristall COB全內(nèi)透TIR透鏡

      Khatod也許是有著最廣泛的與COB配套的透鏡,其中包括Kristall系列TIR透鏡,此款透鏡與PhilipsLumileds、CREE、CITIZEN、SEOUL、Osram、Bridgelux等公司的COB芯片匹配。透鏡主要使用材料有兩種分別是PMMA和PC,至于采用何種材料取決光學(xué)性能的需求和匹配的LED芯片。通常都是針對特定LED開展系列開發(fā),有窄中寬光三個(gè)角度,窄角度是基準(zhǔn)的TIR技術(shù),中角度和寬角度會(huì)在此基礎(chǔ)上加上二次漫反射擴(kuò)散技術(shù),光學(xué)透鏡效率大概85%,設(shè)計(jì)滿足ZHAGA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

      Jenny硅膠COB透鏡—來自LEDiL

      Jenny系列透鏡專門為中小尺寸COB設(shè)計(jì),提供超級靈活的設(shè)計(jì)模式,透鏡開發(fā)為1×8的陣列組合,可以掰斷為單一模塊使用也可以自由組合模塊,陣列設(shè)計(jì)了靈活切槽,單一透鏡尺寸35×35毫米,第一款產(chǎn)品為對稱圓形配光,未來將有更多的角度增加到這個(gè)透鏡家族。其實(shí)這款產(chǎn)品最主要是使用光硅材料制造,光學(xué)效率高達(dá)94%。自帶密封防水防塵保護(hù)等級,壓槽固定安裝方便。

      來自Carclo Optics中功率陣列透鏡

      從COB到小功率芯片,我們發(fā)現(xiàn)中功率芯片有越來越多的應(yīng)用,特別是在線性燈具。雖然相比大功率LED,中功率LED輸出光通量相對較少,不過性價(jià)比擺在那里,可以通過使用更多的LED數(shù)量滿足燈具設(shè)計(jì)Carclo設(shè)計(jì)的這款中功率LED光學(xué)模組為84顆TIR設(shè)計(jì),匹配5630(5.6×3.0毫米)標(biāo)準(zhǔn)LED。一般來說中功率LED模組比較少針對戶外應(yīng)用,不過Carclo這一款模組是針對路燈和區(qū)域照明應(yīng)用,通常來說,由于室內(nèi)燈具需要的是整體照明寬光束,所以為了匹配LED芯片一般不會(huì)用單顆透鏡去控制光型。

      譯者補(bǔ)充:LEDIL也有一款針對于室內(nèi)辦公照明、工業(yè)照明和超市照明等應(yīng)用的中功率LED透鏡模組。

      來自Fraen的F3S路燈光學(xué)

      路燈和其他戶外區(qū)域照明應(yīng)用需要的是利用光學(xué)提供一個(gè)寬廣光束,把光傳輸?shù)街付ǖ膮^(qū)域邊界而有必須盡量減少光溢出,也就是需要減少光污染。

      例如路燈需求是要把光打成矩形光斑縱向沿著道路覆蓋更廣的路面,盡量少的光打到燈桿后面的區(qū)域。TIR透鏡被普遍應(yīng)用于路燈和區(qū)域照明,早期的LED燈具基本都是單顆的LED光學(xué)透鏡,但是組合陣列的透鏡模組相對比這種單顆透鏡在生產(chǎn)制造中會(huì)更簡單方便。

      針對這種情況,F(xiàn)raen開發(fā)了F3S路燈光學(xué)模組其中包括一個(gè)2×6陣列模組,可以提供多個(gè)版本光型。盡管行業(yè)很多還在使用IES的傳統(tǒng)路燈照明標(biāo)準(zhǔn),不過這款透鏡是滿足北美T1/T2/T3光型標(biāo)準(zhǔn),適配的LED芯片包括CreeXT-E,XP-E,XP-E2,XP-G,andXP-G2;PhilipsLumileds的LuxeonR,Rebel、RebelES;SeoulSemiconductor的Z5P和Z5M;Osram的OslonSSL150和OslonSquare。

      來自LEDIL的2×2非對稱光學(xué)器件

      LEDIL開發(fā)了一個(gè)全新TIR光學(xué)產(chǎn)品是2×2陣列模組,每個(gè)LED獨(dú)立但是組合在一起是產(chǎn)生一個(gè)非對稱的光束,這個(gè)突破了IES限制的光束圖形需求應(yīng)用。這款STRADA--2×2產(chǎn)品是針對性應(yīng)用開發(fā),光型包括各種路燈和投光燈等需求,其中有一款是為人行橫道的光學(xué)需求專門開發(fā),包括兼顧行人安全照明也能減少司機(jī)感受到最少的眩光,非對稱的光度分布意味著減少直射司機(jī)的光線,減少迎面回車的視覺壓力,相反的是相反,一個(gè)燈桿安裝的燈具必須將光投射光束到人行橫道的中心點(diǎn)并沿縱向在交通流的方向,在LEDIL提供的案例應(yīng)用里,斑馬線路面照度為38-41lx,使用的是OSRAMOSLONSquare這類LED。

      PS:就譯者所知,因?yàn)檫@個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)推動(dòng),歐洲將人行橫道照明標(biāo)準(zhǔn)。

      來自AuerLighting的Bern玻璃TIR透鏡

      在光學(xué)器件主題討論是材料是無法避免的話題,根據(jù)不同穩(wěn)定性和光學(xué)性能的有著廣泛的材料選擇。Auerlighting認(rèn)為,在LED應(yīng)用中Suprax玻璃為基礎(chǔ)的產(chǎn)品可靠性優(yōu)于它的替代品比如PMMA和PC材料,特別是在惡劣環(huán)境下的應(yīng)用。BernTIR透鏡就是有這種suprax玻璃制造成的這種光學(xué)器件,透鏡可以承受溫度高達(dá)400℃而光學(xué)性能不會(huì)褪色或降解。這個(gè)鏡頭的光學(xué)效為85%,角度為12°,設(shè)計(jì)匹配的是5×5毫米封裝的LED。

      來自Khatod的COB光硅透鏡

      光硅在光學(xué)應(yīng)用中越來越受歡迎,因?yàn)檫@種材料有著良好的耐高溫和抗腐蝕的光學(xué)性能,做出來的透鏡還可以滿足密封防水防塵。Khatod聲稱他們是兩年前第一家為封裝LED提供光硅材料TIR透鏡的公司,而這次他們提供的是為大發(fā)光面LED提供的光硅透鏡,產(chǎn)品的目標(biāo)方向是路燈和區(qū)域照明,滿足IESTypeI,II,III,IV,andV光型標(biāo)準(zhǔn)。光硅透鏡技術(shù)也是非常適合危險(xiǎn)區(qū)域的,比如防撞和防爆燈具。

      來自LEDIL的WinnieTIRMR16透鏡

      盡管光學(xué)材料有這種各樣的選擇,但是因?yàn)楣鈱W(xué)良好的性價(jià)比和較輕的質(zhì)量,PMMA和PC仍然是最普遍的材料。LEDIL轉(zhuǎn)向了針對定向射燈開發(fā)應(yīng)用的PMMA材料的COBLED透鏡,Winnie透鏡既可以用在MR16類改造燈具也可以用在定向射燈,透鏡尺為49.8mm高度為19.2mm,光學(xué)角度為20°起,效率87%,在廠家的一款原型燈具應(yīng)用中4.8W的光通量為419lm。此外這款透鏡還滿足射燈ZHAGABOOK3規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

      來自Khatod的Luna光學(xué)

      在多樣化的SSL產(chǎn)品世界里,透鏡和反射鏡肯定不是唯一類型的光學(xué)在發(fā)揮作用。擴(kuò)散片被經(jīng)常用來隱藏LED點(diǎn)光源和提高更高的均勻度,擴(kuò)散器也可涂層或處理以提供特定的特殊效果,而這也正是Khatod公司這款LUNA產(chǎn)品開始發(fā)揮作用。該擴(kuò)散器LUNA基于光致發(fā)光技術(shù)和光學(xué),在LED光源被關(guān)閉將繼續(xù)在黑暗中長時(shí)間發(fā)光。當(dāng)接通電源后,有Luna的燈看起來像一個(gè)典型的LED燈,但是當(dāng)斷電該款光學(xué)繼續(xù)傳遞軟擴(kuò)散的綠色或藍(lán)色的光。應(yīng)用范圍包括標(biāo)志或信號照明,如臺(tái)階燈,并且該技術(shù)可以在室內(nèi)或室外應(yīng)用。

      來自Intematix公司的Chromalit線性光學(xué)

      二次光學(xué)器件還提供使用遠(yuǎn)程熒光粉技術(shù)來提高光效和長時(shí)間更好地保持顏色的一致性。由于相鄰LED不會(huì)一個(gè)連續(xù)的熒光粉涂層,受到較小或者最小的熱量,如果熱量太多,效率和顏色會(huì)下降。使用這種技術(shù)的一個(gè)例子是,Intermatix在與SABIC(沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司)合作使用后者的LexanLUX熱塑性材料開發(fā)的ChromaLit線性光學(xué)元件,設(shè)計(jì)能夠提供每瓦/215流明,使用后有著高達(dá)163流明/瓦的系統(tǒng)效能。

      來自GLT靈活的光導(dǎo)

      光導(dǎo)技術(shù),一種可以提高燈或者燈具設(shè)計(jì)且與眾不同的光學(xué)技術(shù),技術(shù)特點(diǎn)就是把LED放在邊沿光可以通過光導(dǎo)技術(shù)把光引導(dǎo)到光導(dǎo)透鏡表面。這次的光導(dǎo)技術(shù)案例來自全局照明技術(shù)(GLT),一款可以提供額外的靈活光設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。通常來說此類光學(xué)器件定制開發(fā)項(xiàng)目,不過GLT表示他們可以提供這類光導(dǎo)長度長達(dá)24英寸(60.96cm)以上厚度從0.25-4毫米不等。公司的目標(biāo)客戶是汽車,消費(fèi)電子產(chǎn)品,白色家電應(yīng)用以及柔性光學(xué)器件,比較典型的特質(zhì),關(guān)燈的時(shí)候看起來光導(dǎo)是透明的,單開燈的時(shí)候看到的是均勻的漫反射光。 

    (審核編輯: 智匯張瑜)

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