LED筒燈的光源與光學(xué)設(shè)計(jì)
文章來(lái)源:恒光電器
發(fā)布時(shí)間:2014-06-28
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LED筒燈上的光源主要有三種：第一種是采用多顆中小功率的LED如3528、2835、3014、5050等1W以下的LED；第二種是采用數(shù)顆大功率燈珠，功率在1～3W的LED；第三種是采用一顆集成光源，也就是所謂的cob光源。三種不同光源各有優(yōu)缺點(diǎn)。
采用中小功率的LED作為筒燈的光源，因?yàn)長(zhǎng)ED的數(shù)量較多，產(chǎn)業(yè)資訊，能盡可能地布滿整個(gè)光源腔，這樣可以使得LED工作時(shí)轉(zhuǎn)化的熱量分布得更廣，便于散熱，同時(shí)也避免局部溫度過(guò)熱。同樣因?yàn)長(zhǎng)ED分布得比較分散，光源到出光面的距離可以設(shè)計(jì)得比較小，就能夠達(dá)到均勻光斑的效果，所以采用小功率LED來(lái)做筒燈可以將筒燈的高度設(shè)計(jì)得比較低。采用中小功率的LED也同樣存在不足，主要是體現(xiàn)在成本上。因?yàn)樾」β实腖ED需要電路板進(jìn)行電氣連接，通常考慮到散熱要求，采用鋁基板來(lái)進(jìn)行電氣連接。同時(shí)小功率LED的數(shù)量較多，也需要采用貼片機(jī)來(lái)將LED貼在鋁基板上，這兩個(gè)方面都增加了整個(gè)燈具的成本。
采用集成光源的LED來(lái)作為筒燈的光源，因?yàn)榧晒庠匆呀?jīng)自帶電路板，在使用時(shí)僅需要固定即可，所以相比小功率的LED節(jié)省了鋁基板的成本和貼片的成本。但是集成光源在筒燈中的應(yīng)用也會(huì)存在幾點(diǎn)不足，商業(yè)照明，車間照明，一是由于集成光源的功率比較大，LED在工作時(shí)，熱源比較集中，所以在散熱設(shè)計(jì)上的要求更高；二是集成光源的出光面比較小，為了避免在筒燈的出光面上產(chǎn)生光斑，通常需要集成光源到出光面的距離比較大，辦公照明，節(jié)能與環(huán)保，這就要求反光罩的高度比較高，所以采用集成光源的筒燈高度會(huì)比較高， led亮化工程公司，LED照明企業(yè)，整個(gè)燈具的體積自然就大了。
采用大功率的LED作為筒燈的光源是考慮到小功率LED和集成光源LED的優(yōu)缺點(diǎn)而采用的一種折中的方法。實(shí)際在設(shè)計(jì)LED筒燈時(shí)，商業(yè)照明，選用哪一種燈珠來(lái)作為L(zhǎng)ED筒燈的光源并不是一定的，產(chǎn)業(yè)資訊，要綜合考慮整個(gè)性能和成本，作出全面的分析，才能確定采用什么樣的LED最合適。
LED筒燈的光學(xué)設(shè)計(jì)
筒燈作為普通照明和輔助照明通常在光學(xué)上并沒(méi)有很嚴(yán)苛的要求，大多數(shù)LED燈珠的光型（朗伯型）就可以滿足筒燈的光學(xué)要求，所以在筒燈的光學(xué)設(shè)計(jì)中，不需要特別地去改變LED的出光方向，像路燈和射燈一樣，需要透鏡來(lái)達(dá)到所要的出光角度。筒燈的光學(xué)設(shè)計(jì)就是盡可能地將光源腔內(nèi)的光線反射出去，同時(shí)使得出光面上光斑均勻。
對(duì)于采用小功率的LED設(shè)計(jì)而成的筒燈，在排列LED位置時(shí)，盡可能地將LED的分布面積增大均勻排布，一來(lái)熱源比較分散便于散熱，二來(lái)可以使得整個(gè)燈具的光型比較均勻，在出光面的透光罩上的光斑基本上可以達(dá)到均勻的效果。這里的透光罩因?yàn)閮H僅是起保護(hù)光源的作用，所以盡可能選擇透光率高的材質(zhì)來(lái)作為透光罩。同時(shí)為了提高整個(gè)燈具的出光效率，盡可能多地將LED發(fā)出的光反射到燈具外部，筒燈內(nèi)部光源腔如圖所示。
從圖中可以看到，大部分LED發(fā)出的光是直接通過(guò)透光罩發(fā)射到筒燈外部的，還有一部分光是LED發(fā)射到周圍的反光罩上，然后經(jīng)由反光罩再反射通過(guò)透光罩發(fā)射到筒燈外部的。這里的透光罩通常會(huì)選擇高透光率的材質(zhì)，通常透光率在85%以上。而反光罩則根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)，選用的材質(zhì)可能不同。在這里反光罩僅僅是一個(gè)光學(xué)部件的名稱，其有可能是一個(gè)零件，也有可能是某一個(gè)零件的一個(gè)面。因?yàn)橐岣哒麄�(gè)燈具的出光效率，所以反光罩也要經(jīng)過(guò)一些光面處理，工程照明，以提高其反射率。而透光罩的透光率不是1OO%的，從LED和反光罩發(fā)出的光經(jīng)過(guò)透光罩后，仍有少量的光會(huì)被反射回去。可以看到反射回去的光會(huì)發(fā)射到鋁基板上而被浪費(fèi)，我們應(yīng)該想辦法將這部分光再反射出去。有一個(gè)好的解決方法是提高鋁基板表面的反射系數(shù)。通常在生產(chǎn)鋁基板的時(shí)候，要求鋁基板的表面做噴白油處理，這樣就可以提高鋁基板表面的反射系數(shù)，讓反射回來(lái)的光再次反射出去。
當(dāng)然如果反光罩和鋁基板的反射系數(shù)沒(méi)法做得比較高的話，就可以采用另外的反射系數(shù)比較高的材質(zhì)。這里介紹一種反射效率極高的反光板MCPET。MCPET反光板是日本古河電工株式會(huì)社發(fā)明的尖端節(jié)能科技新產(chǎn)品。日本古河電工花費(fèi)十年時(shí)間開(kāi)發(fā)出微發(fā)泡反射板(MCPET)，協(xié)助燈具廠商解決眩光及亮度不均勻等問(wèn)題，并且借由微發(fā)泡反射的高反射和擴(kuò)散能力，在不增加光源的情況下，進(jìn)而提升燈具的照度，視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，提升幅度可高達(dá)40%～60%。
微發(fā)泡反射板的正式名稱為MCPET(micro cellular PET)．采用PET (polyethyleneterephthalate)為基材進(jìn)行發(fā)泡制程。MCPET具有下列優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)異的光反射特性、輕巧、抗落下沖、承受高溫（在160℃下仍能保持形狀）、可利用PET資源回收方式廢棄處理、材料未使用有害原料以及表面具有高平滑性等。
其中， LED置換工程，古河電工新推出的MCPET R2 GRADE是使用古河電工（株）生產(chǎn)的原材料研發(fā)出的天花照明用反光片，照明資質(zhì)，它是一種將潔凈的二氧化碳注入發(fā)泡劑后，使用于制造飲料容器等可以循環(huán)利用PET樹(shù)脂發(fā)泡到5倍后制成的薄片。它具有出色的光學(xué)特點(diǎn)，對(duì)可視光的全反射率在99%以上，散射率在95%以上，可以高效地應(yīng)用于日光燈以及所有使用了冷陰極的照明設(shè)備上。而且經(jīng)過(guò)特殊的丙烯加工，和以往的MCPET RB（耐用年限為8年）相比更能經(jīng)受紫外線的照射，耐用性在10～15年以上。被反射的光之中，99%里面有3%屬于鏡面反射（光澤），約96% 為眾多微細(xì)氣泡進(jìn)行反射的漫射（亂反射）。
在二次加工方面，可利用裁切、沖壓、彎曲加熱等方式進(jìn)行成型。
MCPET材料本身的難燃性符合發(fā)泡材料UL94-HBF的燃燒標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于MCPET材科的絕佳特性,因此對(duì)于各波長(zhǎng)光LED射能力都能夠維持均一性，在有忠實(shí)反射光原要求的情況下，3c認(rèn)證，更能發(fā)揮其特長(zhǎng)。除了LED以及冷陰極燈管(CCFL)燈具之外，對(duì)于室內(nèi)燈源以及廣告燈箱的應(yīng)用方面，也能夠在減少燈管數(shù)量的情況下，維持所期望的亮度與照度，進(jìn)而減少照明電費(fèi)的支出，達(dá)到節(jié)約能源的目的。
對(duì)于采用集成光源的筒燈的光學(xué)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)方法與小功率筒燈的光學(xué)設(shè)計(jì)相似。不同之處在于集成光源的發(fā)光面比較小。所以為了使得出光面的光斑比較均勻，就需要加大光源到出光面的距離。這也是我們?cè)谑忻嫔峡吹酱蟛糠旨晒庠吹耐矡簦涓叨缺容^高的原因。
集成光源的筒燈內(nèi)部光源腔原理和采用小功率的LED筒燈的光學(xué)原理是一樣的，大部分的光是直接通過(guò)透光罩發(fā)射到燈具外部的。這里的透光罩仍然是采用透光率較高的材質(zhì)。為了能夠降低整個(gè)筒燈的高度，主要是降低反光罩的高度，因?yàn)榻档土朔垂庹值母叨纫部梢怨?jié)省整個(gè)燈具的成本’可以利用前面所說(shuō)的高反射系數(shù)的反光板來(lái)達(dá)到目的。