LED照明系统二次配光设计方法研究.doc

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1、LED照明系统二次配光设计方法研究　　摘要在人们生活质量不断提高的过程中，照明质量与技能的要求也不断提高。作为第四代光源的半导体照明，以其长寿命、节能、环保以及色温可调的优点被广泛的应用于人们的生活中。但是固体照明光源的特性和外形等与传统的光源具有一定差异性，导致其不能直接应用在传统光源照明系统中。此特点在LED照明系统中表现得更为明显。因而针对此种情况需要对LED光源进行配光设计，使其能够满足各种照明需求。本文就简单研究LED照明系统二次配光的设计方法。　　【关键词】LED照明系统二次配光设计方法　　引言　　在科学技术快

2、速发展的过程中，白炽灯的发明将人们带入了一个持久光明的世界，进而开启了照明技术的新纪元。自那以后，各种光源层出不穷。但是各种光源物质的发明都或多或少的存在一定的缺陷。如白炽灯发热较为严重、寿命短、容易碎等缺陷；荧光灯则容易对人的视觉造成不良影响，荧光灯中的汞的环境污染较大。在此种情况下，LED随之诞生。LED的出现给照明光源的发展提供了新的发展方向。LED（Light-Emitting-Diode）从物理的角度上而言，属于一种半导体器件。该器件能够利用PN结或者类似结构的电能转化为光能。这种光源的利用其实就是将传统的照明光

3、源彻底的改变，进而采用电致发光的原理。LED的体积较小、寿命长、发光率高，使用直流电压，电压低，具有环保安全等多项特点。因而，LED的发展前景较为广阔。　　1LED基本机构与发光原理　　LED的工作原理就是将电能转化为光能。LED在工作的过程中，通常都会外加两个电极，使得LED具有单向导电性。通过的电流可以对加载的电压大小来进行控制。在LED的内部结构中存在P区和N区。这两个区域相交的界面就会形成P-N结。在外加电压的作用下就会促使电子向P-N结运动与空穴复合最终发出光。制造LED器件的主要目的就是得到光能。因而LED的结

4、构与普通的半导体结构有一定的不同之处。常见的LED结构由LED芯片、透明环氧树脂、阴极杆与阳极杆、引脚架以及反光碗等结构组成。在LED器件发光的过程中，由于受到PN结阻挡层的限制，内场稳定，迁移率较低的电子与迁移率很高的电子不能自然的复合。在PN结加正电压的时候，外加电场就会削弱内建电场，促使空间电荷区域变窄。通过半导体能带理论就可以知道，在导带中的电子与价带中的空穴复合时，电子就会从高能级跃迁到低能级。在此过程中就会将多余的能量以发射光子的形式释放出来，进而产生发光的现象。这也就是LED的发光原理。　　2LED二次配光设

5、计　　在日常使用LED发光器件的过程中，整个系统的出光效果、光强、色温的分布情况进行设计。将整个器件发出的光线集中到所期望的照明区域内，就能够促使整个LED照明系统达到设计的需要。这样的设计就成称为二次光学设计，也叫二次配光设计。对LED二次配光设计，其最终照明器件和产品的性能具有重要的影响。如应用在主干道上的LED路灯，其发出的光通量要求不能超过百分之三十辐射到路幅外，就需要对LED灯具进行二次配光设计。在经过研究发现，集中主要的LED照明系统配光形式有这么几种。　　2.1反射式　　在LED照明系统放射二次光学配光通过反

6、光碗等反射光学器件将LED发出的光线调整照射的方向。这样就可以达到重新分配光线和控制光线方向的效果。光源在经过反射光学元器件之后，就能够达到指定的方向，例如道路照明灯具中的截光型和半截光型路灯。全发射是反射中的一种特殊情形。反射光学器件的设计与材料的反射系数r、反射曲面的曲率有关。对于光线方向要好、光线效率高的照明系统通过利用反射系数就能够反射到反射系数较高的材料中。针对光线柔和的照明系统，则可以利用扩散的反射材料。如LED平板灯通过导光板，光扩散板等光学器件将光线调整到平面出柔和舒适的光线效果。由此可见，在LED二次配光

7、设计的过程中，反射形式的设计应当选择合适的材料来进行设计，以达到相应的效果。　　2.2折射形式　　折射是配光通过透镜改变原有光线的辐射到某个方向，进而获得合理的光型分布。在此过程中利用折射光学器件就能够将原有光线的角度和方向进行改变。对聚拢的或者扩散的光线，通过对照明面的分布状况进行改变，从而达到需求的照明目的。例如，信号灯的配光需要光源发出的光束集中在一个较小的立体角范围内。因而在LED应用信号灯的二次配光设中，可以直接应用透镜作为准直光学器件，调制LED发散的光型，直至满足光分布的要求。　　2.3LED阵列横组的配光　

8、　在使用中就发现，单颗的LED发光量非常小，照射的范围是有限的，在实际应用的过程中可能无法满足高光通量的照明需要。因而需要多个LED组合进行应用。也就是形成LED阵列。在此过程中需要结合反射、折射的原理，进一步推进LED阵列的模块进行二次配光设计。LED阵列分布也就是LED阵列排列的方式。LED阵列排列