LED光学基础
LED灯具基础知识
晶日照明科技有限公司
目录
第一章：光学知识简介 第二章：常用光源简介 第三章：LED光源的优越性 第四章：我公司LED路灯介绍
第一章 照明光学知识简介 一：光的度量及其单位
光通量 光源在单位时间内向周围空间辐射出去的并能使人眼产生光感的能量，称为 光通量。单位为流明（lm）。光通量=光效X功率 发光强度（光强） 光源在空间某一方向上单位立体角内发射的光通量与该立方体角的比值，称 为光源在这一方向上发光强度，简称光强，单位为坎德拉（ cd）。 照度 照度是用来说明被照面（工作面）上被照射的程度，通常用其单位面积内所 接受的光通量来表示，单位为勒克斯（lx）或流明每平方米（lm/m2）。 亮度 亮度也是用来表示物体表面发光（或反光）强弱的物理量，被视物体发光面 在视线方向上的发光强度与发光面在垂直于该方向上的投影面积的比值，称 为发光面的表面亮度，单位为坎德拉每平方米（cd/m2）。 光源的发光效率 光源的发光效率通常简称为光效，是描述光源的质量和经济的光学量，它反 映了光源在消耗单位能量的同时辐射出光通量的多少，单位是流明每瓦 （lm/w）=lm/w。
三、光的显色性
光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真 的程度，显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色 也就接近自然色，显色性低的光源对颜色再现较差，我们所见 到的颜色偏差也较大，用显色指数（Ra）表示。国际照明委 员会CIE把太阳的显色指数定为100，各类光源的显色指数各 有相同，如：高压钠灯的显色指数为Ra=23，荧光灯管显色指 数Ra=60-90。显色指数越接近100，显色性就越好。 如下图：不同显色指数下的物体所呈现出来的效果； 很好 较好 普通 Ra=100 80<Ra<90 60<Ra<80
光学基本知识及LED基本知识
光学基础知识及LED基本理论第一部分LED基本理论知识（一）LED发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。
因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。
进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
图1假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。
发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。
若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。
比红光波长长的光为红外光。
现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
（二）LED的特性1．极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。
超过此值，LED发热、损坏。
（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。
超过此值可损坏二极管。
（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。
超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。
（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。
低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。
2．电参数的意义（1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示。
LED 灯具技术光学基础知识 2018-1-12
灯具技术基础知识内部技术手册（培训教材）目录一、术语glossary二、世界各国电压概况voltage三、常用光源lamp-house四、灯头lampholder五、镇流器ballast六、灯具分类class七、灯具标志marking本培训资料如有同标准不符之处，一切以标准为准。
版本：2018-1-12（初稿）编写：叶晓军一、术语glossary1、灯具：凡是能够分配、透出或转变一个或多个光源发出的光线的一种器具、并包括支承、固定和保护光源必需的部件、但不包括光源本身，以及必需的电路辅助装置和将它们与电源连接的设备。
2、普通灯具：对带电部分提供保护，但没有特殊的防尘防固体异物和防水等级的灯具。
3、可移动式灯具：正常使用时，灯具连接电源后能从一处移到另一处的灯具。
4、固定式灯具：不能很方便的从一处移到另一处的灯具，即这种灯具只能借助于工具才能移动。
5、嵌入式灯具：制造商指定完全或部分嵌入安装表面的灯具。
6、眩光：在一个照明环境中，当某光源或物体的亮度比眼睛已适应的亮度大得多时，人就会有眩目或耀眼的感觉，此种现象称为眩光。
眩光会造成不舒适或（和）可见度下降。
前者称为不舒适眩光，后者称为失能眩光。
直接眩光是由观察者视场中的明亮和发光体（如光源发出的光或灯具输出的光）引起的，而观察者在光泽的表面中看到发光体的像（如建筑物大厅光滑的大理石地面反射的强烈灯影）时，则会产生间接眩光。
轻微的眩光使人心神烦乱，严重的眩光则使人深感不舒适。
所以在各种环境照明中，必须考虑如何避免眩光的产生。
7、灯具效率：灯具输出的总光通量与灯具内所有光源发射出的总光通量之比，一般用百分数表示。
8、灯具的配光或光强分布：用曲线或表格表示灯具在空间各方向的光输出强度分布值称为灯具的配光曲线或光分布曲线，它是表征灯具的重要特性参数。
9、平均照度：规定照明表面上的照度平均值。
10、光通量单位：流明（lm）：光源在单位时间内发出的光量总和称为光源的光通量。
LED照明光学入门
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2. LED 辐射光的特性 (1)芯片全反射临界角 LED 器件向外辐射出的光是来向其有源层即MQW层,也 即其PN结。若它是GaN材料,折射率为3.6,若向空气中发 射光,空气折射率为1,于是可求其全反射的临界角θc为： θc=arcsin(n1/n2) 式中：n1=1 n2=3.6 θc=16.26°。 为90°半平面的18％,有82％的光反射回芯片内部,外 量子效率低于20％。
• 2、日光灯
• （1）无格栅日光灯（灯管加反光座）是一个朗伯型配光， 如下图所示，即光线沿法线两边对称分布，随着角度的增 加光强减弱。
• （2）格栅日光灯 加置反射罩和分光罩 的日光灯，称格栅灯。它 是用于室内照明，要求被 照面照度分布均匀的配光， 即蝙蝠型配光分布（路灯 市参照它配光的）
• （3）射灯 射灯市窄光束投光灯， 即灯的辐射光束角小于 40 °的配光的灯，一 般为15 °、20 °等。 例如PAR灯、MR-16射 灯等，即为射灯。
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由(1)式定义ρτ和α三个系数,即： 反射系数 ρ=Φρ/ Φi； 透射系数 τ=Φτ/Φi； 吸收系数 α=Φα/Φi 图3-1示出光在二种介质 中传播的示意图。 利用反射、透射特性,可 用于照明设计中对光进 行控制和分配。
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2. 光的折射定律
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• 1. LED发光强度的空间分布—配光曲线 • 光源的发光强度在空间的分布用极坐标来表示时，将极
坐标矢量未端连成的曲线称为极坐标配光曲线，简称配光 曲线。如下图所视：
• •
2. 如何读解配光曲线 实际土,光源的辐射光的分布是一三维分布 即立体分布。可以将平面分布,即极坐标配 光曲线沿着法线旋转360°即可。但一般只 关心两个相互正交的平面的配光曲线,即： • 0°---180°的面和 • 90°---227°的面。 • 这二个平面如同用刀将一只西瓜切了互相 垂直的二刀形成的平面。
演讲稿LED 基础知识.ppt
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三、光学基本知识
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光的现象(小孔成像)
一、光是什么
❖ 人们对事物的本质和规律的认识，都是从认识其现象开 始的。 首先人们认识到光是一种自然现象，即我们注意到不同 物体有不同颜色、亮度。人眼所见的物体要么本身发光， 要么反射来自其它地方的光。除此之外， 光还能使物体 发热，即光具有能量。
❖ 人类对光的研究，最初主要是试图回答“人怎么能看见 周围的物体？”之类问题。为了解释这些现象，人们通 过大量观察、实验来证实自己的推测，约在公元前400 多年(先秦时代)，中国的《墨经》中记录了世界上最早 的光学知识。它有八条关于光学的记载，叙述影的定义 和生成，光的直线传播性和针孔成像，并且以严谨的文 字讨论了在平面镜、凹球面镜和凸球面镜物和像的关系.
射的二极管称为紫外发光二极管；但是习惯
上把上述三种半导体二极管统称为发光二极 管。
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1.2光轴 Optical axis
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1.3）正向电压VF Forward voltage 通过发光二极管的正向电流为确定值时， 在两极间产生的电压降。
1.4）反向电流IR Reverse current
辐射）强度大于最大强度一半构成的角度（见图 2）。
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1.11光谱特性 1.11.1峰值发射波长λp Peak-emission
wavelength
1.11.2光谱辐射带宽Δλ Spectral radiation bandwith
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二、 led的测试
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LED的光学和电性教学LED基础知识
＋
－ ＋
电压
－
电学
顺向电压（vf）
当正向电压小于某一值（阀值）时，电流极小， LED不会发光，当正向电压变大，电流会迅速变 大，LED发光。
反向电流（IR）
LED应用注意事项
焊接方式
焊
接
条
件
烙铁(建议用温控烙铁) 300℃±5℃，3秒内（距离胶体边缘1.6mm）
沾锡
波峰焊
预热 焊接
260℃±5℃，3秒内（距离胶体边缘1.6mm） 75℃±5℃，30秒内
不同波长的光给人不同的色感，可以用不同颜色 的光波长来表示颜色的相貌，这个波长就叫主波 长，所以主波长是用来表达颜色的。
光学
2. 什么叫峰值波长？（λp）
就是亮度最高的一束光的波长叫峰值波长。
p
100
75
50
25
0 510 540 570 600 630 660 Wavelength (nm)
RELATIVE INTENSITY VS. WAVELENGTH
LED应用注意事项
五、注意 当电流过大时，LED会烧坏，无论任何时候应用，
请串联电阻用；静电将会对蓝、白、绿光的LED 产生损害，使用时请采用防静电措施,如防护带和 手套；当打开产品包装袋后请尽快使用，对于 SMD贴片材料请在开包装后72小时内使用完成,若 无法在限期内完成，则请在下次使用前将材料在 60℃条件下烘烤至少12小时。产品不得长期暴露 在空气中；产品不得在有腐蚀性气体的环境中存 放。
一批灯，当其中有50%的灯损坏不亮时把点的小 时数。 色温（CT） 当光源所发出的颜色与“黑体”在某一温度下 辐射的颜色相同时，“黑体”的温度就称为该光 源的色温。 相关色温（CCT） 我们在测试白光时的色温实际是相关色温。 （光谱不同所以只能用相关色温来描述）
光学基础知识及LED基础知识
光学基础知识及LED基本理论第一部分LED基本理论知识（一）LED发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。
因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。
进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
图1假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。
发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。
若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。
比红光波长长的光为红外光。
现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
（二）LED的特性1．极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。
超过此值，LED发热、损坏。
（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。
超过此值可损坏二极管。
（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。
超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。
（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。
低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。
2．电参数的意义（1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示。
LED灯-光学知识
LED灯-光学基本知识1光（light ）光的本质是电磁波, 是整个电磁波谱中极小范围的一部分光是能量的一种形态；光是电磁波辐射到人的眼睛，经视觉神经转换为光线，即能被肉眼看见的那部份光谱。
这类射线的波长范围在380 到760nm 之间，仅仅是电磁辐射光谱非常小的一部份。
温度远远高于50Hz 工作时的温度，从而产生更高色温的白色色表和更好的显色性。
2、光通量（光束）Φ光源发射并被人的眼睛接收的能量之和为光通量。
一般情况下，同类型的灯的功率越高，光通量也越大。
例如：一只40W 的普通白炽灯的光通量为350---470lm，而一只40W 的普通直管形荧光灯的光通量为2800lm 左右，为白炽灯的6--8 倍。
3、照度(illuminance)单位被照面上接收到的光通量称为照度。
如果每平方米被照面上接收到的光通量为 1 （lm），则照度为1（Lux）。
单位：勒克斯（Lux）。
勒克斯（lux）相当于被照面上光通量为 1 流明（lm）时的照度。
夏季阳光强烈的中午地面照度约5000 lux ，冬天晴天时地面照度约为2000 lux ，晴朗的月夜地面照度约0.2 lux 。
4、亮度（luminance ）光源在某一方向上的亮度是光源在该方向上的单位投影面积、单位立体角中发射的光通量。
如果我们把每一物体都视为光源的话，那么亮度就是描述光源光亮的程度，而照度正好是把每一物体都作为被照物体，用一块木板来举例说明，当一定光束照到木板时我们讲木板有多少照度，然后木板将多少光束反射到人眼，就称为木板的多少亮度，那么有如下式子：亮度等于照度乘以反射率。
在同一房间同一位置一块白布和一块黑布的照度是相同的，而亮度是不同的。
5、光效（luminous efficacy of light source ）光源所发出的总光通量与该光源所消耗的电功率（瓦）的比值，称为该光源的光效。
单位：流明/ 瓦（lm/W发光效率只表示光源的效率，与将光源安装到照明器具上后器具的整体效率（综合效率）是不同的概念。
LED灯具光学基础知识
LED灯具作为一种节能环保产品，未 来将继续推动绿色环保理念的发展 ，促进可持续发展。
02
光学基础知识
光的本质与特性
01
光是一种电磁波
光具有波粒二象性，既可以看 作粒子，也可以看作波动。在 光学中，通常将光视为电磁波
。
02
光的速度
在真空中，光的速度约为 3×10^8米/秒，是宇宙中最快
的速度。
光学设计目标与原则
确保LED灯具满足特定应用场景的照明需 求，如照度、均匀度、眩光控制等。
实现良好的散热设计，保证LED灯具的稳 定性和寿命。
优化光效，提高LED灯具的发光效率，降 低能耗。
考虑成本效益，平衡光学性能与制造成 本。
光源选择与布局
根据应用场景和照明需求选择合适类型和功率的LED光 源。 考虑LED光源的色温、显色指数等光学特性。
根据使用场合和功能，LED灯具可分为室内照明、室外照明、景观照 明、特殊照明等类型。
LED灯具应用领域
室内照明
家庭、办公室、商场、酒店等室内场所 的照明。
室外照明
道路、广场、公园、建筑物等室外场所 的照明。
景观照明
城市夜景、园林景观、建筑立面等景观 场所的照明。
特殊照明
舞台、影视、摄影、医疗等特殊场所的 照明。
室外照明应用实例
道路照明
LED路灯具有高亮度、长 寿命、节能环保等优点， 成为现代城市道路照明的 首选。
景观照明
LED灯具在公园、广场等 公共场所的景观照明中， 可塑造多样化的光影效果 ，提升城市形象。
建筑照明
LED灯具在建筑外墙、轮 廓等部位的照明中，可展 现建筑的美感和立体感。
特殊照明应用实例
健康照明理念
Led照明基础知识-光学篇
深圳市华汇光能科技有限公司
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深圳市华汇光能科技有限公司
三、名词解释 ⒈光通量（luminous flux） ： 光源单位时间内发出的光量称为光通量，符号为Φ ，单位是 流明（Lm） ，
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深圳市华汇光能科技有限公司
⒈基本概念 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·22 ⒉几何光学基本定律 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·25
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灯具光学基础知识及LED基础基础知识
灯具光学基础知识及LED基本理论培训教材目录一、照明相关的光学基本概念。
1、光与电磁波---------------------------------------- （1）2、光线的基本性质及几何光学的基本定理---------------- （3）3、照明相关的光学单位及术语-------------------------- （4）4、照明质量------------------------------------------ （19）5、灯光照明设计-------------------------------------- （22）6、灯光的表现方式------------------------------------ （23）7、国内建筑照明标准值参考GB 50034-2004--------------- （26）二、LED基础知识。
1、LED发光原理--------------------------------------- (34)2、LED的特性----------------------------------------- (35)3、LED的优点与缺点----------------------------------- (39)4、LED的结构及分类------------------------------------(40)5、LED的应用----------------------------------------- (43)6、发光二极管的检测----------------------------------- (48)编制：审核：（★内部资料，不可外传）本培训资料如有同标准不符之处，一切以标准为准。
参考标准：IEC60598，UL153，UL1598,GB70002010-01-28第一部分照明相关的光学基本概念：一、光与电磁波：光是一种电磁波，它具有电磁波的特性。
led光学设计基础知识及应用
LED照明光学系统具体分析
根据上面的图，我们可以看到反射杯形状不一样，开口不一样最后的出光也相 差很多。同样的道理如果换成不同的光源，最后的出光也会相差很多，所以在 做LED照明系统时，要特别注意反射杯的选取以及光源和反射杯的搭配。
LED照明光学系统具体分析
透镜光学分析： 正透镜（凸透镜）――对光有会聚作用，其特征：中央厚，边缘薄，常 见的有：双凸透镜，平凸，正弯月型 等
封装硅胶或者环氧的光学分析：为了提升芯片的取光效率，必须提升n的值，即 提升封装材料的折射率，从而提升芯片的取光效率。也就是说芯片覆盖上硅胶或 者环氧之后，芯片的取光效率会有所提升，硅胶或者环氧的折射率越高芯片的取 光效率也就越高。同时也要提高透光率。这样将会有更多的光线从芯片进入到封 装材料中，那如何将这些进入到封装材料中的光线尽可能多的取出来呢？
LED照明光学系统具体分析
反射杯的光学分析： 我们常见的反射杯有两种，如下图所示：
平面型
曲面型
反射杯的形状和开口大小直接影响到整个系统的出光角度即光强分布曲线。 我们通过光线的反射定律很容易就能判断出一个光源经过反射杯后大概的出 光情况。我们举几个例子看一下，下面几个图是同一光源的相同的三条光线 经过不同反射杯后的出光情况。
（1）独立传播定律 从不同光源发出的光束，以不同的方向通过空间某点时，彼此互不影 响，各光 束独立传播。 彼此并没有什么相互作用，譬如斥拒或吸引等； （2）直线传播定律
在各向同性的均匀介质中，光沿直线传播（光线是直线）。直 线传播的例子是非常多的，如：日蚀，月蚀，影子等等。
光学设计理论知识
（3）反射定律 定义：反射光线和入射光线在同一平面、且分居法线两侧，入射角和反射大 小相等，符号相反。 当光线射到不同介质的界面上时，一部分光线依照反射定律返回第一介 质内。 （4）折射定律 定义：入射光线、折射光线、通过投射点的法线三者位于同一平面， 且 当光线从一种介质射入另一种介质时， 有一部分光线即按折射定律改变方向进入第二介质；
这些LED光学基础知识，别说你都懂
这些LED光学基础知识，别说你都懂这些 LED 光学基础知识，别说你都懂演讲 | 黄健整理 | AbbyLED光学基础知识篇LED由于体积⼩，耗电量低，⾼亮度，低热量，节能等诸多优势迅速发展，被各领域所应⽤。
什么是光？光，即⼀种电磁辐射。
光的电磁波谱从 UV 到 IR可见光：介于 UV 和 IR 之间的⾮常狭窄频段光谱可被分解成⼀系列独⽴的波长，不同的波长让我们看到了不同的颜⾊光术语的定义辐射度考虑的是整个辐射的能量；⽽光度学是⼈类眼睛能觉察到的辐射。
亮度是指发光体（反光体）表⾯发光（反光）强弱的物理量。
⼈眼从⼀个⽅向观察光源，在这个⽅向上的光强与⼈眼所“见到”的光源⾯积之⽐，定义为该光源单位的亮度。
亮度的单位是坎德拉 / 平⽅⽶（ cd/m2）亮度是⼈对光的强度的感受。
它是⼀个主观量与亮度不同的，由物理定义的客观的相应的量是光强。
这两个量在⼀般的⽇常⽤语中往往被混淆。
⾊温（ colour temperature ）是表⽰光源光⾊的尺度，单位为 K（开尔⽂）。
光源的⾊温是通过对⽐它的⾊彩和理论的热⿊体辐射来确定的。
热⿊体辐射体与光源的⾊彩相匹配时的开尔⽂温度就是那个光源的⾊温。
相关⾊温是指与具有相同亮度刺激的颜⾊最似⿊体辐射体的温度，⽤ K ⽒温度表⽰。
如标准光源 D65 的相关⾊温为 6500K。
⾊温与相关⾊温对⽐不同⾊温光⾊表现不同时间段的⾊温值光源对物体的显⾊能⼒称为显⾊性，是通过与同⾊温的参考或基准光源（⽩炽灯或画光）下物体外观颜⾊的⽐较。
显⾊指数系数 (Kaufman)仍为⽬前定义光源显⾊性评价的普遍⽅法。
常⽤光源的⾊温与 CRI 值近场光学测试篇LED照明光学整体决绝⽅案什么是近场光源？光源的在不同⾓度下各位置的能量和颜⾊的分布情况。
⼀般的数据⽂件包含上千幅不同⾓度拍摄的光源图像，光源⽂件可⽣成和导⼊到模拟软件中，如： Zemax ，Light Tools , Trace Pro…远场和近场模拟的对⽐光学模拟⽐较远场和近场光源数据模拟的配光曲线⾄少有2°的差异为什么要进⾏近场测量？对于光学⼯程师（LED 封装、模块和灯具）：①提⾼光线追击模拟；②提⾼光学仿真精度；③减少设计时间和成本；对于 LED 制造商的⽣产⼚家：①有助于了解和提升 LED 性能；空间亮度的实际分布空间颜⾊分布（不同⾓度的光谱分布）空间和不同⾓度的颜⾊均匀性②为客户开发出有创意的产品；③ RSM 已经成为⾏业标准，具有⾏业先进性，提⾼销售过程中市场竞争⼒；还有：光学如何在LED封装中使⽤？如何在 LED模组和灯具中使⽤？近场测试设备的关键因素有哪些？LED 上下游对近场测试的需求有哪些？为什么含光谱数据的光源近场数据如此重要？这些问题你都知道答案了吗？。
LED光学知识2021年更新版
LED光学知识2020.121提纲1.发光角度的概念；2.道路照明中的一些常见术语；3.光源、光学结构、光学指标之间的关系；4.实现控光的几种典型方式；5.道路照明的配光类型；6.透镜的材质介绍及其透光率；7.SHINE常用透镜类型;01Part one发光角度的概念定义：LED灯具的发光角度，一般也称为光束角，指LED产品点亮后发光范围的大小。
◇CIE（国际照明委员会）建议光束角为50%最大光强的矢径夹角。
（默认以CIE为标准）◇IES（北美照明工程协会）则建议光束角为10%最大光强的矢径夹角举例：以下发光角度为64.9°02Part two道路照明中的一些常见术语➢城市道路分为快速路、主干路、次干路、支路、居住区道路。
快速路，是指双向行车道、中央设有分隔带、进出口全部采用立体交叉控制，为城市中大量、长距离和快速交通服务。
主干路，连接城市各主要分区的干路，采取机动车与非机动车分隔形式，如三幅路或四幅路。
次干路，与主干路结合组成路网起集散交通作用的道路。
支路，次干路与居住区道路之间的连接道路一、道路的分类居住区路，居住区内的道路及主要供行人和非机动车通行的街巷。
按照灯杆长度主要分为：常规照明，高杆照明。
常规照明灯具安装在高度通常为15m 以下的灯杆上，按一定间距有规律地连续设置在道路的一侧、两侧或中间分车带上进行照明的一种方式。
采用这种照明方式时，灯具的纵轴垂直于路轴，使灯具所发出的大部分光射向道路的纵轴方向。
高杆照明一组灯具安装在高度等于或大于20m 的灯杆上进行大面积照明的一种照明方式。
➢灯按是否截光，把灯具分为以下四类：•全截光型灯具full cut-off luminaire（符合所有国家）•截光型灯具cut-off luminaire（巴西市场的门槛）•半截光型灯具semi-cut-off luminaire（竞标最低要求）•非截光型灯具non-cut-off luminaire➢Full cut-offA luminaire light distribution wherezero candela intensity occurs at or above an angle of 90°above nadir.100 (10 percent) at or above a vertical angle 80°above nadir. This applies to all lateral angles around the luminaire.A luminaire light distribution where the can-dela per 1000 lamp lumens does not numerically exceed 25 (2.5 percent) at or above an angle of 90°above nadir.100 (10 percent) at or above a vertical angle 80°above nadir. This applies to all lateralangles around the luminaire.A luminaire light distribution where the candela per 1000 lamp lumens does not numerically exceed 50 (5 percent) at or above an angle of90°above nadir.200 (20 percent) at or above a vertical angle 80°above nadir. This applies to all lateral anglesaround the luminaire.A luminaire light distribution where there is no candela limitation in the zone abovemaximum candela.四、维护系数maintenance factor定义：在照明装置使用一定时期之后，在规定表面上的平均照度或平均亮度与该装置在相同条件下新安装时在同一表面上所得到的平均照度或平均亮度之比。
光学、颜色、LED基础
光谱辐射照度：对照在单位面积上的特定波长的辐射通量的测定。 光谱辐射照度的SI单位为（W/m2·nm）。
光度测定
光度测定：电磁能量能以光的形式被人眼看见，所以光度测定是对电 磁能量在心理和物理特性上的测定。“明亮”这个形容光线的词汇， 定义了光度测定应根据人类的感知进行。
认识颜色
颜色-- color：在日常生活中，人们习惯把颜色归属 于某一物体的本身，把它作为某一物体所具有的属 于自身的基本性质。比如人们所常讲的那是一块红 布，那是 一张白纸等等。但在实际上，人们在眼 中所看到的颜色，除了物体本身的光 谱反射特性 之外，主要和照明条件所造成的现象有关。如果一 个物体对于不同波长的可视光波具有相同的反射特 性，我们则称这个物体是白色的。而这 物体是白 色的结论是在全部可见光同时照射下得出的。同样 是这个物体，如 果只用单色光照射，那这个物体 的颜色就不再是白色的了。同样的道理，一 块红 布如果是我们在白天日光下得出的结论，那同样是 这块布在红光的照射 下，在人们眼中反映出的颜 色就不再是红色的而是白色的。
球面度—steradian，是立体角的 国际单位 。它 可算是三维的 弧度 。其英文字（sr）是希腊语 立体（stereos）和弧度（radian）的混合。
辐射测定
辐射测定（radiometry）是测量电磁辐射的科学，此测量所涵盖的光谱基于物理常数层面。 我们所关心的辐射特性是辐射功率和它在空间及角度的分布，四个基本概念为： 辐射通量--radiant flux 辐射强度--radiation intensity 辐射照度--irradiance 辐射亮度--radiance
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。
led基础知识dy
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⑵LED采用荧光粉实现白光主要有三种方法，但 它们并没有完全成熟，由此严重地影响白光LED 在照明领域的应用。
①一种方法是：在蓝色LED芯片上涂敷能被蓝光激发的黄色荧光 粉，芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光。该技 术被日本Nichia公司垄断，而且这种方案的一个原理性的缺点 就是该荧光体中Ce3＋离子的发射光谱不具连续光谱特性，显 色性较差， 难以满足低色温照明的要求。同时发光效率还不够 高，需要通过开发新型的高效荧光粉来改善。
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四，LED的与传统效率对比
灯具总效率对照： (光源发展的历史：白炽灯→直管型荧光灯→高效电子节能灯 →LED灯)
使用光源 LED 荧光灯 普通灯泡 高压钠灯
光源光效
90流明/瓦
80流明/瓦
20流明/瓦
100流明/瓦
电源效率
90%
85%
100%
90%
有效光照效率
90%
60%
60%
60%
灯具(取光)效率
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二，LED发展趋势
1. LED光源的发展趋势 2. LED产业政策和机遇 3. LED产业链
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1， LED光源的发展趋势 LED光源技术市场前景： LED理论上每瓦的发光效率高达370 LM/W,在目前芯 片结构不做任何改变的情况下良好的工艺让LED每瓦 到达150LM没有任何问题，当达到这种亮度的时候， 所有的照明领域基本上都可以替代了。预计在未来1～ 3年内LED光源将达到每瓦300流明的光效率。2012年 2月4日CREE实验室公布的数据显示LED已达到了每瓦 254流明的光效率。
我们可以藉由混晶比例来调整要发出的波长，但 不同材料会受本身禁制带宽度的限制，所以能控 制的光波长也有一定的限度。
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功率因素(Power Factor)功率因素是实际消耗的功率与电力供给容量之比值.所以功率因素越高,电力在传输过程中即可减少无谓的损失并提高电力的利用率色温：色温：光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。
因为大部分光源所发出的光皆通称为白光，故光源的色表温度或相关色温度即用以指称其光色相对白的程度，以量化光源的光色表现。
根据Max Planck的理论，将一具完全吸收与放射能力的标准黑体加热，温度逐渐升高光度亦随之改变；CIE色座标上的黑体曲线（Black body locus）显示黑体由红——橙红——黄——黄白——白——蓝白的过程。
黑体加温到出现与光源相同或接近光色时的温度，定义为该光源的相关色温度，称色温，以绝对温K （Kelvin，或称开氏温度）为单位（K=℃+273.15）。
因此，黑体加热至呈红色时温度约527℃即800K，其他温度影响光色变化。
光色愈偏蓝，色温愈高；偏红则色温愈低。
一天当中画光的光色亦随时间变化：日出后40分钟光色较黄，色温3,000K；正午阳光雪白，上升至4,800-5,800K，阴天正午时分则约6,500K；日落前光色偏红，色温又降至纸2,200K。
其他光源的相关色温度。
因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时，对该光源光色表现的评价值，并非一种精确的颜色对比，故具相同色温值的二光源，可能在光色外观上仍有些许差异。
仅冯色温无法了解光源对物体的显色能力，或在该光源下物体颜色的再现如何。
不同光源环境的相关色温度一些常见的例子：1700 K: 火柴光1850 K: 蜡烛2800 K: 钨灯(白炽灯)3350 K: 演播室"CP"灯3400 K: 演播室台灯, 照相泛光灯（不是闪光灯）, 等...4100 K: 月光5000 K: 日光5500 K: 平均日光, 电子闪光(因厂商而异)5770 K: 有效太阳温度6420 K: 氙弧灯6500 K: 日光9300 K: 电视屏幕（模拟）5000K和6500K的黑体的颜色分别接近于普通D50和D65的发光物，这通常用于颜色再现的场合（摄影、出版，等等）。
灯泡的功率(20或100瓦)似乎能够改变其色彩，但其实只会改变它的光度，而我们的眼睛对这个非常敏感，颜色看起来就不同了。
对于基于黑体的光线，蓝色比红色更“热”，红色其实是更“冷”的颜色。
这跟我们传统的认知不一样，大家都把蓝色跟“冷色”联系在一起，红色跟“暖色”联系在一起。
这种传统概念其实是从其他方面演化来的，比较凉的水、冰看起来是蓝色，火、加热的金属的色调是偏红。
相反的是，这恰恰证明了红色是所有可见光中最“冷”的颜色——红色是随着金属温度升高放射出来的第一个颜色。
观察一下普通白炽灯泡，白炽灯发出的橘色光贯穿了它们的一生，白炽灯泡灯丝熔断的一刹那，发出的光线显而易见的有些偏蓝——熔断的一刹那间，灯丝比以往热得多，灯泡玻璃上的焦痕就是个证据。
在非正式场合，"色温" 也可以代表“白平衡”。
请注意，色温只涉及一个变量（以热力学温标K 做单位），而白平衡同时牵涉到两个（红色值、蓝色值）。
在摄影术领域中，另一种表现色温的数量叫做mired（迈尔德，逆标色温，用色温的倒数来标志温度的单位）。
就很简单的一套公式就能在色温和mired之间换算。
（关于换算的公式，以及采用mired的原因，请参照mired条目）光色的应用照度：照度：单位勒克斯对同一个光源来说，光源离光照面越远，光照面上的照度越小；光源离光照面越近，光照面上的照度越大。
光源与光照面距离一定的条件下，垂直照射与斜射比较，垂直照射的照度大；光线越倾斜，照度越小。
亮度：单位尼特亮度在物理学上是一个较复杂的概念，它的定义是指(被照物体)单位面积上的发光强度，其度量单位是“尼特”。
就是说，光源照在物体上强弱用照度表示，物体反射光到眼里强弱用亮度表示。
同灯同距照在白纸和黑纸上，照度相同，亮度不同。
照度*反射率就叫亮度。
光照度 E 勒克斯/Lm/m2 发光体照射在被照物体单位面积上的光通量光亮度 L 尼特/cd/m2 光源在特定方向的单位投影面在单位立体角中发射的光通量照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫做勒克斯（Lux）：1Lux=1Lm/平方米上式中，Lm 是光通量的单位，其定义是纯铂在熔化温度（约1770℃）时，其1/60平方米的表面面积于1球面度的立体角内所辐射的光量。
为了对照度的量有一个感性的认识，下面举一例进行计算，一只100W的白炽灯，其发出的总光通量约为1200Lm，若假定该光通量均匀地分布在一半球面上，则距该光源1m和5m 处的光照度值可分别按下列步骤求得：半径为1m的半球面积为2π×12=6.28平方米距光源1m处的光照度值为： 1200Lm/6.28平方米=191Lux同理、半径为5m的半球面积为:2π×52=157平方米距光源5m处的光照度值为： 1200Lm/157平方米=7.64Lux可见，从点光源发出的光照度是遵守平方反比律的。
1LUX大约等于1烛光在1米距离的照度，我们在摄像机参数规格中常见的最低照度（MINIMUM.ILLUMINATION），表示该摄像机只需在所标示的LUX数值下，即能获取清晰的影像画面，此数值越小越好，说明CCD的灵敏度越高。
同样条件下，黑白摄像机所需的照度远比尚须处理色彩浓度的彩色摄像机要低10倍。
一般情况：夏日阳光下为100，000LUX；阴天室外为10000LUX；室内日光灯为100LUX；距60W台灯60CM桌面为300LUX；电视台演播室为1000LUX；黄昏室内为10LUX；夜间路灯为0.1LUX；烛光（20CM远处）10～15LUX。
大功率LED透镜的分析与应用LED透镜即与LED联系在一起的密切相关的透镜，其他如照相机、望远镜等透镜不属于本文讲解范围，本文着重讲解PMMA材料的二次聚光大功率LED透镜。
一，LED透镜的材料种类：1．硅胶透镜；a. 因为硅胶耐温高（也可以过回流焊），因此常用直接封装在LED芯片上；b. 一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm；2, PMMA透镜a. 光学级PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗称：亚克力）b .塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑完成）；透光率高（3mm厚度时穿透率93%左右）；缺点：耐温70%（热变形温度90度）；3．PC透镜a. 光学级Polycarbonate（简称PC）聚碳酸酯b. 塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑完成）；耐温高（130度以上）；缺点：透光率稍底（87%）；4．玻璃透镜光学玻璃材料，具有透光率高（97%）耐温高等特点，缺点：易碎、非球面精度不易实现、生产效率低、成本高等。
二，LED透镜的应用分类1．一次透镜a. 一次透镜是直接封装（或粘合）在LED芯片支架上，与LED成为一个整体；b. LED芯片（chip）按理论发光是360度，但实际上芯片在放置于LED支架上得以固定及封装，所以芯片最大发光角度是180度，另外芯片还会有一些杂散光线，这样通过一次透镜就可以有效收集chip的所有光线并可得到如160度、140度、120度、90度甚至60度（不同需要）的出光角度；c. 一次透镜多用PMMA或硅胶材料。
2．二次透镜a 二次透镜与LED是两个独立的物体，但它们在应用时确密不可分；b 二次透镜的功能是将LED的大角度光（一般为90-120度）再次聚光成5度至80度任意想要得到的角度；c 二次透镜材料大都用PMMA或玻璃。
三，LED透镜规格分类1．穿透式（凸透镜）a. 当LED光线经过透镜的一个曲面（双凸有个曲面）时光线会反生折射而聚光，而且当调整透镜与LED之间的距离时角度也会变化（成反比），经过非球面技术设计的曲面光斑将会非常均匀，但因为透镜直径的局限性，透镜侧面的光线得不到利用（漏光）；b．一般应用在大角度（40-80度）聚光，如台灯，路灯，室内灯具等；2．全反射式（锥型或叫杯型）a, 透镜的设计在正前方用穿透式聚光，而锥形面又可以将侧光全部收集并反射出去，而这两种光线的重叠（角度相同）就可得到最完善的光线利用与漂亮的光斑效果；b．也可在锥形透镜表面做些改变，可设计成镜面、磨砂面、珠面、条纹面、螺纹面、凸或凹面等而得到不同光斑效果。
3，LED透镜模组a. 是将多个单颗透镜通过注塑完成一个整体的多头透镜，按不同需求可以设计成3合1、5合1甚至几十颗合一的透镜模组；b. 此设计有效节省生产成本，实现产品品质的一致性，节省灯具机构空间，更容易实现“大功率”等特点。
四，LED透镜的设计与模具加工1．首先取决于光源（大功率LED），不同品牌的大功率LED（例如CREE、lumileds、汉半、欧司朗、艾笛森、长森源等），其芯片结构与封装方式、光线特性等均会有所区别，从而造成同样的透镜搭配不同规格品牌LED时会所差异；所以要求有针对性开发（以主流品牌为导向），才能达成实际需要；2．利用光学设计软件（如Trace pro、CodeV、Zemax等）设计并进行模拟光学跑光，设计得到相应的光学非球面曲面；3．LED透镜本身属于精密光学配件，故其对模具的精度要求极高，特别是透镜光学曲面的加工精度要达到0.1μm、镜片偏心度要达到3μm 以内。
一般对此类高精度模具的加工必须具有以下设备：超精密加工机（例如：PRECITECH NANOFORM 350）、CNC 综合加工机、平面磨床、铣床、CNC 放电加工机、表面轮廓仪等。
4模具最精密的部件在于光学模仁，首先选用专用模仁钢材，完成初胚，镀镍后再用超精密加工机进行非球面技术加工曲面。
五，LED透镜的用料及生产1．LED透镜作为光学级的产品，对透光性、缩水性要求极高。
原材料一般采用高档光学级PMMA。
目前为日本三菱PMMA材料为最好（现在的VH5与VH001质量更高），同样是三菱的南通料就会稍逊一些；2．必须配备万级甚至更高级别的无尘车间，作业人员必须着防静电服装，以及戴手指套、戴口罩等防静电防尘措施，并且定期对车间做检验与清理；3．须有专业的光学注塑机（电动）如法拉克，东洋，海天，佳明等品牌功率在35T 以上，并严格控制注塑温度、时间，降低产品缩水率，绝不能添加水口料重复利用，才能保证产品更符合设计方案；4．产品必须用防静电防尘PVC包装，并且须完全密封包装，存放必须注意控制温度与湿度，并且最好不要存放超过一年以上。
从以上LED透镜的设计与生产过程来看，看似简单的LED透镜，从设计到成品，其对软件、硬件的要求都非常高，这也造成了市场上LED透镜的价格差异很大。