LED灯具设计理念——传统光学功与过(1)
LED 灯的原理与功能
LED 是英文light emitting diode （发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED 的抗震性能好[编辑本段]一、LED 的结构及发光原理50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识发光二极管的构造图，第一个商用二极管产生于1960 年。
发光二极管的核心部分是由p 型半导体和n 型半导体组成的晶片，在p 型半导体和n 型半导体之间有一个过渡层，称为p-n 结。
在某些半导体材料的PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。
这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED 。
当它处于正[1]向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED 阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。
[编辑本段]二、LED 光源的特点1. 电压：LED 使用低压电源，供电电压在6-24V 之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。
2. 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%3. 适用性：很小，每个单元LED 小片是3-5mm 的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境4. 稳定性：10 万小时，光衰为初始的50%5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED 灯的响应时间为纳秒级6. 对环境污染：无有害金属汞7. 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄LED灯绿兰橙多色发光。
如小电流时为红色的LED ，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色8. 价格：LED 的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只白炽灯的价格就可以与一只LED灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300 ～500 只二极管构成。
LED灯具与传统光源灯具的差异性
LED灯具与传统光源灯具的差异性目前LED灯具与传统光源灯具就性能、评价和设计方面存在着很多不同地方。
1、在LED灯具性能评价方面a）色空间均匀度评价来评价LED灯具的存在的不同观察角颜色差异。
传统光源单个发光体的特征不同，LED灯具使用的LED灯是多个发光体组成并发光的，LED灯具中的发光体之间存在颜色差异性，需要使用色空间均匀度评价来评价LED灯具颜色的空间分布情况。
b）用寿命来评价LED灯具的耐用性。
传统光源的寿命性能的测量和评价已经标准化，而且具有互换性，所以传统光源灯具的寿命可以通过替换损坏的光源、以及按10年寿命设计的灯的控制装置来满足要求，所以一般不评价传统光源灯具的寿命。
LED灯具的寿命与LED本身寿命、LED驱动器以及灯具提供给LED 的环境等诸多因素有关，而且目前LED灯形式较多，除了带标准灯头的LED以外，其他LED灯不具有互换性，这样对不同的LED灯具，其寿命只有通过相关的寿命评价才能确定。
在评价LED灯具寿命时，不仅要声称光通维持寿命（LX），还要声称失效率（FX）。
c）灯具可以利用的光通量比例的评价参数和传统灯具不同。
传统照明灯具用灯具效率来评价，而LED灯具使用光效评价。
d）不像传统照明光源可单独进行光度测试，光度测量时可以使用相对法，LED光源对温度极其敏感，不适宜将LED光源从灯具内分离出来单独测量，光度测量时应采用绝对法对灯具整体进行光度测试。
2、在LED灯具设计方面.LED灯具在光学系统设计、电气配件、散热措施以及结构等设计方面与传统光源的灯具相比有明显出别。
a）光学系统灯具的光学系统是灯具的灵魂，其目的是根据选定光源的特性设计一个符合具体照明要求的灯具光学系统。
通常传统光源灯具的光学系统由光源、灯座、反射器和透光罩组成。
由于一些LED单元具有2π发光的光度特性，灯具的光度系统与传统光源灯有很大区别。
具体表现特征如下：（1）LED灯具光学系统一般由LED芯片和透镜组成LED单元或LED单元阵列组成，阵列有时排列在平整的铝基板上、也可能在突起的或凹下的成型基板上，灯具使用、或不使用透光罩。
LED光源的光学设计
LED光源的光学设计
LED光源的一次光学设计
每一个LED光源都有一个特定的光强分布特性，即配光曲线，我们称这个过程叫一次光学设计。
大多数情况下，LED光源的配光曲线为朗伯型，即发角强度随角度变化呈余弦分布：
其它几种比较常见的LED光源一次配光：
LED光源的一次配光与二次光学设计之间的相互配合是非常关键的，为方便二次光源透镜的设计将尽可能使用不会改变原始芯片出光规律的光源，即出光特性为朗波型的LED光源。
LED光源的二次光学设计
一般情况下，LED光源的本身的出光角度和光强分布不能满足特性情况下的应用条件，所以有必要进行二次配光来改变光源的光线输出，来达到实际的应用要求。
二次光学设计的主要作用通常为以下三种类型：
1. 分散：把LED光源发出来的光线分散，以形成更大的角度以达到在接收屏（平面）形成更均匀的光斑（如顶棚灯，直射式电视背光透镜等）。
2. 汇聚：把LED光源的光线聚集到更小的范围内，以提高中心发光强度（如投射灯，舞台灯等）。
光学人生
= lm_optical =。
灯具光学原理知识点总结
灯具光学原理知识点总结灯具光学原理是指光学系统中硝和光的传播、聚敛和转换规律，是指导灯具设计和应用的重要基础。
了解光学原理不仅有助于提高灯具的设计性能，而且对于正确使用和维护灯具也有着重要的指导作用。
本文将通过介绍灯具光学原理的相关知识点，来帮助大家更好地了解灯具的光学特性。
1. 光的传播和衍射光是一种电磁波，具有波粒二象性，可以在真空和介质中传播。
在介质中传播时，光波会产生折射现象，即沿直线传播的光波在介质中遇到另一种介质时，会改变传播方向。
在某些情况下，光波会发生衍射现象，即光波在通过狭缝或物体边缘时出现弯曲和分散。
在灯具设计中，我们需要考虑光的传播和衍射对于光束的聚敛和扩散影响。
通过合理设计反射器和透镜等光学元件，可以实现对光束的控制和调节，以满足不同需求的照明效果。
2. 反射和折射反射是指光波在遇到不同介质界面时，一部分光波被折射，一部分光波被反射。
反射可以分为镜面反射和漫反射两种。
镜面反射是指光波在光滑表面上的反射，反射光线遵循入射角等于反射角的规律；漫反射是指光波在粗糙表面上的反射，反射光线会向各个方向散射。
折射是指光波穿过介质界面时，由于介质折射率的差异而改变传播方向。
根据折射定律，入射角、折射角和介质折射率之间存在一定的关系。
在灯具设计中，我们可以通过选择合适的材料和表面处理方式，来实现对反射和折射的调控，以提高灯具的照明效果。
3. 光的色散和频谱光的色散是指不同波长的光在通过介质时，由于折射率与波长的相关性，导致不同波长的光以不同程度折射，从而产生色散现象。
光的频谱是指光波的频率分布和强度分布。
通过光的色散和频谱分析，我们可以了解不同波长的光在聚焦、衍射和干涉等现象中的特性。
在照明设计中，我们需要考虑光的色散和频谱对于照明效果的影响。
例如，在色彩还原方面，我们需要选择合适的光源和滤光材料，以实现对光的色彩分布的调整和控制。
4. 光的干涉和衍射干涉是指两道或多道相干光波叠加在一起时，产生交替增强和消除的现象。
Led灯具与传统灯具相比的优点
led灯具与传统灯具比较由于在世界电力的使用结构中，照明用电约占总用电量的１９％；英国布赖恩•爱德华兹在其编写的《可持续性建筑》中指出，在英国消耗的全部能源当中，大约有一半与建筑有关，而建筑的人工照明耗能则占其建筑耗能总量的１５％～５０％；在我国照明用电约占全国总用电量的１２％，而且我国每年的照明用电增速（保守估计）大约为５％。
led灯具与传统灯具相比有如下优点1、环保，无污染传统的灯具中含有大量的水银蒸汽，如果破碎水银蒸汽则会挥发到大气中。
但LED日光灯则根本不使用水银，且LED产品也不含铅，对环境起到保护作用。
LED日光灯公认为二十一世纪的绿色照明。
2、高效转换,减少发热传统灯具会产生大量的热能，而led灯具则是把电能全都转换为光能，不会造成能源的浪费。
而且对文件，衣物也不会产生退色现象。
3、清静舒适,没有噪音LED灯具不会产生噪音，对于使用精密电子仪器的场合为上佳之选。
适合于图书馆，办公室之类的场合。
4、光线柔和,保护眼睛传统的灯具使用的是交流电，所以每秒钟会产生100－120次的频闪。
LED灯具是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象，保护眼睛。
5、无紫外线,没有蚊虫LED灯具不会产生紫外线，因此不会象传统的灯具那样，有很多蚊虫围绕在灯源旁。
室内会变得更加干净卫生整洁。
6、电压可调80V－265V传统的灯具是通过整流器释放的高电压来点亮的，当电压降低时则无法点亮。
而LED灯具在一定范围的电压之内都能点亮，还能调整光亮度.7、节省能源,寿命更长LED日光灯的耗电量是传统日光灯的三分之一以下，寿命也是传统日光灯的10倍，可以长期使用而无需更换，减少人工费用。
更适合于难于更换的场合。
8、坚固牢靠,长久使用.LED灯体本身使用的是环氧树脂而并非传统的玻璃，更坚固牢靠，即使砸在地板上LED也不会轻易损坏，可以放心地使用。
LED照明系统的光学设计与照明控制
LED照明系统的光学设计与照明控制随着科技的不断发展，LED（Light Emitting Diode）照明系统越来越被广泛应用于室内和室外照明领域，具有低能耗、长寿命、环保等优势。
然而，要充分发挥LED照明系统的优势，光学设计和照明控制是至关重要的。
本文将重点介绍LED照明系统的光学设计和照明控制原理，并探讨其在实际应用中的重要性和挑战。
一、LED照明系统的光学设计LED照明系统的光学设计是指对光源的控制和引导，以实现预期的照明效果。
在LED照明系统中，光源是LED芯片，其发光特性和光线分布决定了照明效果的质量和可靠性。
1. 发光特性LED芯片的发光特性包括色温、发光效率、发光角度等。
色温是指光源经过加热后的颜色特性，常用的单位是开尔文（K）。
选择合适的色温可以调整照明系统的色彩和氛围，满足不同场景的需求。
发光效率是指LED芯片将电能转化为光能的效率，高效率的LED芯片可降低能耗和热量产生，延长照明系统的使用寿命。
发光角度是指LED光线的发射方向范围，不同角度的发光角度可以实现不同的照明效果，如聚光、泛光等。
2. 光线分布LED芯片发出的光线需要经过透镜和反射器等光学器件的控制和引导，才能达到预期的照明效果。
透镜是一种能够将光线聚焦或分散的光学器件，通过改变透镜的曲率和形状，可以实现光线的控制和调整。
反射器则是一种能够将光线反射或折射的光学器件，通过反射器的设计和安装，可以改变光线的方向和强度，实现特定的照明要求。
二、LED照明系统的照明控制LED照明系统的照明控制是指通过智能设备和系统，对照明效果进行调节和管理。
照明控制技术可以实现灯光亮度、色温、颜色等参数的调整，满足不同使用场景的需求，并提供舒适的照明环境。
1. 灯光亮度调节灯光亮度调节是照明控制中最基本的功能之一。
通过调整LED芯片的驱动电流或使用调光器等装置，可以实现灯光的亮度调节。
对于不同的使用场景，如办公室、餐厅、剧院等，可以根据需求调节灯光的亮度，提供舒适的视觉体验。
传统灯条背光设计理念
传统灯条背光设计理念传统灯条背光设计理念一、引言背光设计是现代工业设计中不可或缺的一环，它可以提高产品的美观度和实用性。
在传统灯条背光设计中，设计师需要考虑到多种因素，如灯条的形状、大小、材质、亮度等，以及产品所处的环境和使用场景等。
本文将对传统灯条背光设计理念进行探讨。
二、传统灯条背光设计的基本原则1. 灯条形状传统灯条背光设计中，灯条的形状是至关重要的。
一般情况下，长方形和圆形是最常见的两种形状。
长方形灯条适合用于较为宽阔的场景，而圆形灯条则适合用于较为狭窄的场景。
此外，在选择灯条形状时还需要考虑到产品整体风格和使用需求等因素。
2. 灯条大小在传统灯条背光设计中，灯条大小也是一个重要因素。
如果产品需要在较暗环境下使用，则需要选择亮度较高的大尺寸灯条；如果产品需要在明亮环境下使用，则可以选择亮度适中的小尺寸灯条。
此外，在选择灯条大小时还需要考虑到产品的整体尺寸和使用需求等因素。
3. 灯条材质传统灯条背光设计中，灯条材质也是一个重要因素。
一般情况下，灯条的材质可以分为金属、塑料、玻璃等多种类型。
在选择灯条材质时需要考虑到产品的整体风格和使用需求等因素。
4. 灯条亮度在传统灯条背光设计中，灯条亮度也是一个重要因素。
一般情况下，亮度越高的灯条可以提供更好的照明效果，但也会增加产品成本。
在选择灯条亮度时需要考虑到产品整体需求和预算等因素。
三、传统灯条背光设计的实际应用1. 家居照明在家居照明中，传统灯条背光设计可以提供柔和而均匀的照明效果，增强家居氛围。
此外，在家居装饰方面，传统灯条背光设计还可以为家居增添一份艺术气息。
2. 商业广告在商业广告中，传统灯条背光设计可以提供高亮度的照明效果，吸引消费者的眼球，同时也可以为商家带来更多的客流量。
3. 室内装饰在室内装饰中，传统灯条背光设计可以提供柔和而均匀的照明效果，增强室内氛围。
此外，在室内装饰方面，传统灯条背光设计还可以为室内增添一份艺术气息。
四、传统灯条背光设计的未来发展随着科技的不断进步和人们对产品美观度和实用性要求的不断提高，传统灯条背光设计也将会迎来更加广阔的发展前景。
LED产品中光学设计 及作用【执行文案】
发光原理
芯片结构设计：复杂的系统工程
电致发光结构设计：提高注入效率和光效 光引出结构设计：提高出光效率 电极设计：提高光效
芯片技术的重点研发方向包括： 倒装芯片技术、表面粗化技术、基于二维光子晶体的微结构技术、全方位反射膜技术等等。
传统LED中存在的问题
由于电极的遮挡而降低出 光效率
倒装芯片技术：从蓝宝石基底出光
表面粗化技术
漫反射
布拉格反射（DBR）技术 高反射率
2、一次光学设计 LED封装结构
一次光学设计 将LED芯片封装成LED光电器件，必须进行光学设计。一次光学设计的目的是从LED封装材料的
形状入手，设法提高LED的出光效率；以解决LED的出光角度、光强、光通量大小、光强分布、 色溫范围等问题。
自由曲面设计 LED
根据Snell折射定律和边缘光学扩展度守恒设 计自有曲面，结合Zemax，ASAP等软件进行光 学设计。
B、光度学： 光通量（流明，lm）
辐射能通量与视觉函数的乘积, 1瓦特=683流明
F() V () ()
光照度（勒克斯，lx） 单位面积的光通量, 1 lx=1 lm/m2
满月夜晚地面： 次干道路灯：
0.2 lx； 10-15 lx；
白天室内： 主干道路灯：
100-500 lx 20-30 lx；
光效（流明/瓦，lm/W） 单位电功率所输出的光通量
常用灯具光源主要参数
光源
白炽灯 卤钨灯 荧光灯
LED
功率（W）
60 55 10 1
光通量 （lm）
600 1100
1000 100
纵向
均匀 度
平均 照度
眩光 均匀 限制
材料外延 芯片制作 芯片封装
LED光学设计心得
LED光学设计心得首先，我们需要了解的是LED光学设计的基本原理。
LED是一种发光二极管，其通过在半导体晶片内注入电子和空穴，从而产生光电效应而发光。
因此，LED光学设计的首要目标就是控制LED的光线发射方向以及光束成形，以实现最佳的照明效果。
在LED光学设计中，我们需要考虑的因素有很多，包括发光二极管的发光特性、所需照明区域的形状和大小、光源和照明目标的相对位置等等。
其中，发光二极管的光线发射角度是最为关键的因素之一，因为它直接影响到LED照明的亮度和光强度。
针对不同的LED光学设计需求，我们可以采用不同的光学元件来实现光线控制。
例如，透镜可以实现光线的聚光，让光线更加集中和明亮；反射器可以将光线从一个区域反射到另一个区域，充分利用光的能量；散光板可以将光线散射到更广泛的区域，增大照明范围。
在选择光学元件时，我们需要考虑其光学参数，如焦距、长度、直径、曲率等等。
这些参数将直接影响到光线的折射和反射，从而影响到LED照明效果的质量和稳定性。
此外，LED光学设计还需要考虑光学元件的材料和表面处理。
光学材料的选择和表面处理可以改变光线的透过率、反射率、散射率等等，从而增强光学元件的功能和性能。
最后，有一个重要的技术思想——光学追迹，也是LED光学设计中的核心技术之一。
该技术通过对光线的追踪和分析，帮助我们确定光线的传播路径和最优设计方案，从而提升LED照明效果的质量和稳定性。
总之，LED光学设计是一门高精度、高技术含量的工程，需要从多个方面考虑光学元件的选材、设计和制造。
通过运用透镜、反射器和散光板等光学元件进行光线控制，并且运用光学追迹技术进行系统优化和调整，我们能够实现更加精准和高效的LED照明效果。
LED如何工作及光学介绍
LED如何工作及光学介绍导读：LED技术，在照明应用领域里有一个常用的专用名词，被称为固态照明(SSL：solid state lighting)。
这是因为区别于白炽灯的照明原理(发光是通过热辐射在可见光谱的部分来实现)，固态照明所指的技术是以固态的场致发光来实现。
标签：光学设计白光LED LED光学光通量光强分布曲线1. LED基础1.1 LED工作原理顾名思义，发光二极管(LED)是一种可以发出特定波长(颜色)光线的半导体器件。
如同其它的半导体芯片, LED的半导体芯片(LED的实际发光单元)也会以塑料或者陶瓷进行封装。
当然，一个封装当中可以存在一个，也可以是多个芯片。
当LED处于正向导通(打开)时，电子会与空穴复合，同时以光子的形式释放能量(如图1.1.1所示)。
这一效应通常被称作为场致发光。
图1.1.1 当LED被激发，电子和空穴复合，同时，能量以特定波长(颜色)的光子形式释放LED技术，在照明应用领域里有一个常用的专用名词，被称为固态照明(SSL：solid state lighting)。
这是因为区别于白炽灯的照明原理(发光是通过热辐射在可见光谱的部分来实现)，固态照明所指的技术是以固态的场致发光来实现。
白光LED的工作原理最常见办法是使用单色LED(多数为铟镓砷工艺的蓝光LED)配合不同颜色的荧光粉来实现白光，对应的LED被称作为荧光粉白光LED. 高亮度LED(HB LED)所激发的蓝光一部分通过荧光层转化为黄光，另一部分直接以蓝光方式穿过荧光层。
最终，蓝光和黄光的混合构成了白光。
图1.1.2 a)：常见的基于荧光粉的高亮白光LED的内部结构图1.1.2 b)：空穴与电子复合产生的蓝光光子图1.1.2 c)：蓝光的一部分直接通过荧光粉层，另外的部分在通过荧光粉层时被转化为黄光图1.1.2 d)：蓝光和黄光部分混合在一起得到白光基于荧光粉的白光LED的光谱分析中，我们可以很清楚的看到LED所直接激发的蓝光部分以及相对较宽光谱分布由荧光粉激发的黄光部分。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
传统光学的功与过（1）
文章出自LED3d 首席设计师Daniel Yin, 如需转载请注明出处LED3D
从700年前人类发明眼镜到今天，光学可谓是人类文明中最为古老的一门基础学科之一。
经过如此漫长的历史和无数科学先辈倾其一生的研究，这门古老的学科已经被无数纷杂的分支理论体系切割的支离破碎，最为典型的理论体系就是牛顿的粒子学（几何光学）和惠更斯的波动学（波动光学），将光学切割成了现今物理学无法完全统一的两大分支。
同时人们为了科学研究的方便，设立了如激光光学、大气光学、海洋光学、量子光学、光谱学、生理光学、电子光学、集成光学、空间光学等等不同的理论分支。
几何光学：
也可以称之为微观光学或传统光学，这是一个将牛顿光学基本体系简化后形成的粒子光学体系；在几何光学体系中，光被定义为以基本的直线单元组成的几何体，同时几何光学不着重研究光的能量属性，并将所有介质都定义为完全弹性体。
光线从一种介质进入另一种介质时所产生的变化被定义为反射和折射。
波动光学：
也可以称之为物理光学，这是一个将惠更斯的波动学基本体系简化后形成的波动光学体系；主要研究光在传播过程中与介质之间的相互作用及介质对光的传播产生的影响。
在波动光学中光被定义为一种电磁波，当介质中的微小结构与光的波长在数量级上接近时，光波会绕过或部份绕过这种微小结构继续前行，这种光在介质中的变化被定义的干涉和衍射。
一般说来几何光学是一种比较直观通俗的光学理论，易于被我们常人所理解，同时几何光学也是我们目前做日常光学产品设计的最主要的理论基础。
我们目前所使用的所有成像产品，如眼镜、照相机、投影机、手机、电视机等等，和各种灯具照明产品、测量仪器、医疗器械、打印机、复印机等等、等等、都是在几何光学的基础上设计出来的。
当今理论通常认为；"在解释光学成像和具体光学系统的过程中，就无需用光的波动理论和量子理论了，用几何光学就基本上可以满足要求了。
"（引自胡家升的光学工程导论）这也是我们目前几乎所有光学设计软件的建构基础。
为了本文能尽可能的通俗易懂，我们将不在这里过多讨论光学理论，只就现代日常生活中的一些一般性的现象，向大家提出个人的一些评述。
目的是尽可能地让人们理解在能源匮乏的今天，我们能在传统光学中得到什么启示。
现象一：光源之过（待续）
文章出自LED3d 首席设计师Daniel Yin, 如需转载请注明出处LED3D。