LED照明产品光学设计课件
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灯具光学教学讲义PPT课件
将它与照度的平方反比定律结合起来就有 ：
E= I ·cosθ d2
2021
9
简单有效
c)余弦立方定律
光源
O
h
D
式中：I—点光源射向该点的光强；
h—光源离该平面的高度；
θ—平面法线与入射光线的夹角；
I
l— OA长度。
E θ
E= I · cosθ=I · cos3θ
l2
h2
A
2021
10
简单有效
适合路灯的分布光度系统
向 下 光 通 比: 63.0 %
灯 具 效 率:
63.0 %
最 大 距 高 比: A-A: 1.2 B-B: 1.7
2021
36
简单有效
CIE 分 类: 直 接
向 上 光 通 比: .0 %
向 下 光 通 比: 63.0 %
灯 具 效 率:
63.0 %
2021
37
简单有效
最 大 距 高 比: A-A: 1.2 B-B: 1.7
2021
48
简单有效
平均照度=光源光通量×灯具数量×CU ×维护系数 /长×宽 灯具数量=平均照度×长×宽/光源光通量× CU ×维护系数
2021
49
简单有效
维护系数（K）
维护系数是考虑由于光源光通衰减、灯具污染及老化所 引起的效率降低，以及被照场所建筑物内墙表面、顶棚、 地面的反射率下降等因素使照度降低所必须乘入的系数。
8 .31 .26 .23 .31 .26 .22 .30 .26 .22 .29 .25 .22 .29 .25 .22 .21 .131
9 .28 .23 .19 .28 .23 .19 .27 .22 .19 .26 .22 .19 .25 .22 .19 .18 .125
《LED照明设计方案》课件
LED照明设计方案
欢迎来到本次分享，我们将一起探讨LED照明设计方案的基础知识、最佳实 践以及未来趋势，帮助您更好地理解和运用LED照明技术。
LED照明技术概述
LED的工作原理和特 点
了解光电转换原理，掌握 LED的发光原理和性质， 为后续操作打下坚实的基 础。
LED光谱分布特性
了解不同LED的光谱分布， 选择适当的灯具来改善人 们的视觉体验。
节能效果评估及实际应用效果案例
选择最佳方案后，需要进行实际调整和应用效 果评估，通过数据分析，帮助我们更好地进行 后续的改进优化工作。
结语
LED 照明设计的趋势 未来展望
智能、节能、环保、舒适
基于智能控制、物联网、大数据等技术不断 创新，发掘更多LED照明潜力，创造更美好 的照明环境。
6
根据场所尺寸和照度需ຫໍສະໝຸດ ，确定灯 具的安装高度、数量和位置等，保
障照明效果和安全性。
照明场所的分析
对照明区域的尺寸、使用要求、装 饰特色等进行分析，为后续操作提 供依据。
照度计算及照明方案的确定
选用照度计测量照度，确定合适的 照明方案，为后续选择光源和灯具 提供数据支持。
光源的选用
根据照度要求、光谱特性、光线分 布、耐用性等因素，选择合适的光 源来提高照明质量。
LED与传统照明的对 比
分析传统照明和LED照明 的优劣，明确采用LED照 明的理由和目标。
LED照明设计步骤
1
照明节能方案的制定
2
通过分析电量、成本、使用寿命和
维护便利等因素，制定具有节能效
果的改进方案。
3
灯具型号的选择
4
结合照明目的、场所环境、光感效 果等因素，选择最合适的灯具型号。
欢迎来到本次分享，我们将一起探讨LED照明设计方案的基础知识、最佳实 践以及未来趋势，帮助您更好地理解和运用LED照明技术。
LED照明技术概述
LED的工作原理和特 点
了解光电转换原理，掌握 LED的发光原理和性质， 为后续操作打下坚实的基 础。
LED光谱分布特性
了解不同LED的光谱分布， 选择适当的灯具来改善人 们的视觉体验。
节能效果评估及实际应用效果案例
选择最佳方案后，需要进行实际调整和应用效 果评估，通过数据分析，帮助我们更好地进行 后续的改进优化工作。
结语
LED 照明设计的趋势 未来展望
智能、节能、环保、舒适
基于智能控制、物联网、大数据等技术不断 创新，发掘更多LED照明潜力，创造更美好 的照明环境。
6
根据场所尺寸和照度需ຫໍສະໝຸດ ，确定灯 具的安装高度、数量和位置等，保
障照明效果和安全性。
照明场所的分析
对照明区域的尺寸、使用要求、装 饰特色等进行分析，为后续操作提 供依据。
照度计算及照明方案的确定
选用照度计测量照度，确定合适的 照明方案，为后续选择光源和灯具 提供数据支持。
光源的选用
根据照度要求、光谱特性、光线分 布、耐用性等因素，选择合适的光 源来提高照明质量。
LED与传统照明的对 比
分析传统照明和LED照明 的优劣，明确采用LED照 明的理由和目标。
LED照明设计步骤
1
照明节能方案的制定
2
通过分析电量、成本、使用寿命和
维护便利等因素，制定具有节能效
果的改进方案。
3
灯具型号的选择
4
结合照明目的、场所环境、光感效 果等因素，选择最合适的灯具型号。
LED照明光学系统设计
反射器设计
总结词
反射器用于引导光线向特定方向照射，提高LED照明效率。
详细描述
反射器的设计通常采用具有高反射率的材料制成，如金属或 涂层。通过改变反射器的形状和角度，可以引导光线按照所 需路径传播，减少光的浪费和眩光。反射器与透镜的配合使 用，能够进一步优化照明效果。
散射器设计
总结词
散射器用于改善光线分布，提高照明均匀性和舒适度。
害物质，对环境友好。
响应速度快
LED的点亮响应时间短，可实 现快速开关和调光控制。
安全性高
LED不易损坏，对电压和电流 的变化具有较强的耐受能力， 不易引发火灾等安全事故。
LED照明应用领域
01
02
03
室内照明
LED可广泛应用于家庭、 办公室、商场等室内场所 的照明。
室外照明
LED也可用于城市景观照 明、道路照明、体育场馆 照明等领域。
颜色光谱
发光效率
LED的发光效率高，电能转化为光能 的效率可达50%以上，远高于传统光 源。
LED发出的光具有特定的颜色光谱， 取决于使用的半导体材料和制造工艺。
LED照明特点
01
02
03
04
长寿命
LED的使用寿命长，通常可达 5万小时以上，减少了更换和
维护的频率。
节能环保
LED的能耗低，相比传统光源 可节省大量能源，同时不含有
LED照明光学系统设计
• LED照明基础知识 • LED照明光学系统设计原理 • LED照明光学系统设计要素 • LED照明光学系统优化设计 • LED照明光学系统设计案例分析 • LED照明光学系统发展趋势与挑战
01
LED照明基础知识
LED照明原理
LED照明简介ppt课件
Bridgelux Confidential
© 2010 Bridgelux, Inc.
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LED目前应用的范围
通讯业 : 手机被光源及按键光源,指示灯 汽车业 : 第三煞车灯,方向灯,尾灯,侧灯,车内 室内灯,阅读灯,仪表板背光源 交通号志 : 红绿灯,行人号志灯,施工警示灯, 车道分隔标示,跑道灯,讯息指示 显示广告牌 : 全彩广告牌,车站,航空站,室内 外显示广告牌 照明业 : 庭园灯,造景灯,室内外商业，装饰照 明 红外线LED : 遥控器,无线传输,光纤通讯 装饰品 : 圣诞灯,光棒, 广告业 : Channel letter,灯箱等
Bridgelux Confidential
利用p型材质(电洞)及n型材质(电 子)，通入顺向电压，电子与电洞 于pn接面结合而产生光
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LED材料产生之波长范围
InGaN Color Range
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將3原色裝成一組
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如何制造出白光
Blue Chip
Phosphor
Blue
Peak
Green
Red Peak
Peak
470 525 590 630 (nm)
以R,G,B混出白光
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LED照明配光系统设计及加工生产培训课件(PPT 16页)
二次光学设计 就是将经过一次透镜后的光再通过一个光学透镜改变它的光学性能。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， 光场的分布主要可分为：圆形、椭圆形、矩形；一般用光学级PMMA或者PC為材料，在特殊 情况下可选择玻璃。
設計源於生活 生活需要設計
1
LED照明配光系統設計及加工生產
➢LED光学设计分類: ➢LED光學件常用材质介绍 ➢LED照明配系統設計步驟 ➢LED透镜的模具加工 ➢LED透镜的用料及生产
設計源於生活 生活需要設計
MAOSHENG_LIANG
26.06.2020
LED光学设计分類:
2
LED照明零组件在成为照明产品前，一般要进行两次光学设计。好的光学设计应充分利 用LED光源面积小这一优点，充分考虑光的利用率，将所有从LED芯片发出的光都分配到路面 上，形成一个均匀度好、无眩光、配光曲线呈蝙蝠翼的光斑。配光CPC設計原理法;TLP原理設 計法以及我現用設計透鏡的TIR原理設計法等;
MAOSHENG_LIANG
26.06.2020
配光曲线:
8
配光曲线
設計源於生活 生活需要設計
MAOSHENG_LIANG
26.06.2020
配光曲线:
9
配光曲线
設計源於生活 生活需要設計
MAOSHENG_LIANG
26.06.2020
LED光學件常用材质介绍：
10
PMMA 1.光学级PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗称：亚克力）。 2.塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑、挤塑完成）；透光率高（3mm
MAOSHENG_LIANG
26.06.2020
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， 光场的分布主要可分为：圆形、椭圆形、矩形；一般用光学级PMMA或者PC為材料，在特殊 情况下可选择玻璃。
設計源於生活 生活需要設計
1
LED照明配光系統設計及加工生產
➢LED光学设计分類: ➢LED光學件常用材质介绍 ➢LED照明配系統設計步驟 ➢LED透镜的模具加工 ➢LED透镜的用料及生产
設計源於生活 生活需要設計
MAOSHENG_LIANG
26.06.2020
LED光学设计分類:
2
LED照明零组件在成为照明产品前，一般要进行两次光学设计。好的光学设计应充分利 用LED光源面积小这一优点，充分考虑光的利用率，将所有从LED芯片发出的光都分配到路面 上，形成一个均匀度好、无眩光、配光曲线呈蝙蝠翼的光斑。配光CPC設計原理法;TLP原理設 計法以及我現用設計透鏡的TIR原理設計法等;
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26.06.2020
配光曲线:
8
配光曲线
設計源於生活 生活需要設計
MAOSHENG_LIANG
26.06.2020
配光曲线:
9
配光曲线
設計源於生活 生活需要設計
MAOSHENG_LIANG
26.06.2020
LED光學件常用材质介绍：
10
PMMA 1.光学级PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗称：亚克力）。 2.塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑、挤塑完成）；透光率高（3mm
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26.06.2020
LED灯具设计知识ppt
LED灯具设计知识
• LED灯具简介 • LED灯具设计基础 • LED灯具的制造工艺 • LED灯具的能效与标准 • LED灯具的设计案例与优化方向
01
LED灯具简介
LED灯具的定义与特点
LED灯具是一种使用发光二极管（LED） 作为光源的照明灯具。
LED灯具具有高效、节能、环保、长 寿命等特点，能够提供冷、暖、中性 等多种色温的光线，广泛应用于室内 外照明、装饰等领域。
电源设计
总结词
电源设计是LED灯具设计中不可或缺的一环，它决定了灯具的稳定性和能耗。
详细描述
LED灯具的电源设计需要考虑输入电压、输出电压、电流、功率等参数，同时还需要考虑电源的效率 、可靠性、安全性等因素。常用的电源拓扑结构包括BUCK、BOOST、BUCK-BOOST等，具体采用 哪种结构需要根据实际情况进行选择和设计。
LED灯具的安全标准包括电气性能、机械性 能和环境适应性等方面的要求，以确保使用 过程中的安全可靠。
认证
LED灯具需要通过相关认证，如CE认证、 UL认证等，以证明其符合相关标准和规定。
环保标准与材料选择
环保标准
LED灯具在生产和使用过程中产生的环境污染较小，符合环保标准，如RoHS标准和 REACH法规等。
04
LED灯具的能效与标准
能效等级与测试方法
能效等级
LED灯具的能效等级通常以光效、功 率因数和能效因子等参数进行评估， 分为一级、二级、三级等不同等级。
测试方法
LED灯具的能效测试方法包括功率测 试、光通量测试、色温测试、显色指 数测试等，以确保灯具性能符合相关 标准。
安全标准与认证
安全标准
灯体材料
LED灯体的常用材料包括铝、铜、不锈钢等，每种材料都有 其独特的导热性能和成本，如铝导热性好，但成本较高；铜 和不锈钢成本适中，导热性良好。
• LED灯具简介 • LED灯具设计基础 • LED灯具的制造工艺 • LED灯具的能效与标准 • LED灯具的设计案例与优化方向
01
LED灯具简介
LED灯具的定义与特点
LED灯具是一种使用发光二极管（LED） 作为光源的照明灯具。
LED灯具具有高效、节能、环保、长 寿命等特点，能够提供冷、暖、中性 等多种色温的光线，广泛应用于室内 外照明、装饰等领域。
电源设计
总结词
电源设计是LED灯具设计中不可或缺的一环，它决定了灯具的稳定性和能耗。
详细描述
LED灯具的电源设计需要考虑输入电压、输出电压、电流、功率等参数，同时还需要考虑电源的效率 、可靠性、安全性等因素。常用的电源拓扑结构包括BUCK、BOOST、BUCK-BOOST等，具体采用 哪种结构需要根据实际情况进行选择和设计。
LED灯具的安全标准包括电气性能、机械性 能和环境适应性等方面的要求，以确保使用 过程中的安全可靠。
认证
LED灯具需要通过相关认证，如CE认证、 UL认证等，以证明其符合相关标准和规定。
环保标准与材料选择
环保标准
LED灯具在生产和使用过程中产生的环境污染较小，符合环保标准，如RoHS标准和 REACH法规等。
04
LED灯具的能效与标准
能效等级与测试方法
能效等级
LED灯具的能效等级通常以光效、功 率因数和能效因子等参数进行评估， 分为一级、二级、三级等不同等级。
测试方法
LED灯具的能效测试方法包括功率测 试、光通量测试、色温测试、显色指 数测试等，以确保灯具性能符合相关 标准。
安全标准与认证
安全标准
灯体材料
LED灯体的常用材料包括铝、铜、不锈钢等，每种材料都有 其独特的导热性能和成本，如铝导热性好，但成本较高；铜 和不锈钢成本适中，导热性良好。
LED灯具光学基础知识课件
（图C、D） 是自然界光 环境接近的 同样的光质 量，对于人 色温高、照度高 明快 类来说就变 成了日常的 光环境。离 开了日常的 光环境到非 日常的光环 境就会感觉 不愉快。
色温高、照度低 阴郁
LED灯具光学基础知识
37
积分球报告解读
相关色温
不同色温在不同风格的服装店铺的运用
LED灯具光学基础知识
LED灯具光学基础知识
3
光的基础知识
LED灯具光学基础知识
4
光的基础知识
➢ 直线传播：光在同种均匀介质中沿直线传播 ➢ 反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面上；反射光线和入射
光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角 。可归纳为:“三线共面,两线 分居,两角相等” ➢ 折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内；折射光线与入 射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，比 值称为相对折射率
相关色温CCT 当光源的色品点不在黑体轨迹上，且光源的色品与某一温度下 的黑体的色品最接近时，该黑体的绝对温度为此光源的相关色 温，简称相关色温。
2700K
4300K
6400K
10000K
LED灯具光学基础知识
34
积分球报告解读
相关色温
色温-XY-UV色坐标换算公式
CCT 437n3 3601n2 6861n 5514.31 n (x 0.3320) /(y 0.1858)
LED灯具光学基础知识
17
Φ、I、E、L关系
Φ
E
I
名称
符号
公式
光通量
Φ
Id
光强
I
I d
照度
E
E d
dA
LED照明设计及应用PPT
Minolta CS-200
QC Bench
能够测量MTF,焦距，F数，后节 距，成像质量，场曲，变形等等
QC Bench
THE HONG KONG
POLYTECHNIC UNIVERSITY 香港理工大學
7
精密注塑设备
一台精密电动注塑机（Toyo Si 80 ），两台液 压精密注塑机（ Arburg 270U and Battenfeld HM250/60 ），这些注塑设备可以注塑球面 、 非球面、自由曲面光学镜片。
二次自由曲面光学于LED照明的优势
• • • • • • • 由自由曲面光学产生的光斑能够满足国家道路照明标准。 通过二次光学设计光损可以减少。 有效分配光能。 能够得到超过90%的光效率。 节能可以超过75%。 均匀性可以达到70%-80%。 眩光现象得意避免。
15
案例Ｉ-用于车灯照明的自由曲面光学
31
装配好准直镜的LED路灯模拟图 ( 工程项目 I )
道路照明范围:8mx25m 均匀度：40% 照度分布
光线追迹结果
光线追迹结果
32
开发的LED路灯实际测试（工程项目Ｉ）
XY方向光强分布
光强分布
道路照度分布
测试数据通过了国家城镇道路照明标准
33
为LED路灯设计的先进光学元件 ( 工程项目 II )
LED 路灯
• LED 数量: 72 片 1W。
• 应用: 二级公路，商业区及公园 。 • 路灯安装高度: 8米 。 • 路灯间距: 25米。 • Road width道路宽度: 9米（2.5 车道）。 • 路灯光斑: 25米 x 9米。
• 使用LED路灯能够每年节约1.9亿 千瓦电，节约1.3亿元人民币。
QC Bench
能够测量MTF,焦距，F数，后节 距，成像质量，场曲，变形等等
QC Bench
THE HONG KONG
POLYTECHNIC UNIVERSITY 香港理工大學
7
精密注塑设备
一台精密电动注塑机（Toyo Si 80 ），两台液 压精密注塑机（ Arburg 270U and Battenfeld HM250/60 ），这些注塑设备可以注塑球面 、 非球面、自由曲面光学镜片。
二次自由曲面光学于LED照明的优势
• • • • • • • 由自由曲面光学产生的光斑能够满足国家道路照明标准。 通过二次光学设计光损可以减少。 有效分配光能。 能够得到超过90%的光效率。 节能可以超过75%。 均匀性可以达到70%-80%。 眩光现象得意避免。
15
案例Ｉ-用于车灯照明的自由曲面光学
31
装配好准直镜的LED路灯模拟图 ( 工程项目 I )
道路照明范围:8mx25m 均匀度：40% 照度分布
光线追迹结果
光线追迹结果
32
开发的LED路灯实际测试（工程项目Ｉ）
XY方向光强分布
光强分布
道路照度分布
测试数据通过了国家城镇道路照明标准
33
为LED路灯设计的先进光学元件 ( 工程项目 II )
LED 路灯
• LED 数量: 72 片 1W。
• 应用: 二级公路，商业区及公园 。 • 路灯安装高度: 8米 。 • 路灯间距: 25米。 • Road width道路宽度: 9米（2.5 车道）。 • 路灯光斑: 25米 x 9米。
• 使用LED路灯能够每年节约1.9亿 千瓦电，节约1.3亿元人民币。
LED灯制作PPT
接好电源，看效果
一、元件展示：
所有元件展示：
单个元件介绍
发光二极管：20个
电阻：阻值为1M，2只
电阻：阻值为100，1只
整流二极管：4只， 标有银色环的一端为 阴极，另一端为阳极。
降压电容
滤波电容：标有银色的一端为阴极， 另一端为阳极。即长管脚的为阳极， 短管脚的为阴极。容量为4.7微发。
发光二极管安装板
正面（焊接 的一面）
反面（放置元 件的一面）
安装线路板
正面：安装元 件的一面
反面：焊接 的一面
元件组成介绍完
二、元件安装和焊接
电路原理、1兆欧电阻的安装
1兆欧电阻的焊接
3、100欧电阻、滤波电容 和降压电容的安装和焊接
4、发光二极管的安装：二极管串联，极性不能接反
二极管阳极 二极管阴极
发光二极管的焊接
5、线路与负载的连接
二极管的阴极 二极管的阳极
整流滤波电路的输出
6、电源线的焊接
电源的一端焊接在螺纹盖上 （图中是电源的负极）
电源的另一端 一端焊接在螺 纹盖顶部（图 中是电源的正 极）
两根电源线焊好后的图片
7、把线路板的电源进线端与电源的两根引线连接
LED照明产品光学设计
LED阵列模组+光学透 镜/反射杯+灯罩 LED阵列模组+光学面罩 （去除平板灯罩）
LED阵列模组+单颗透 镜+露孔压板
优点：制造工艺成熟， 透镜成本低，不易积灰 缺点：结构相对复杂， 灯具效率受到影响
优点：结构最简单，灯 具效率最高 缺点：裸露的透镜易积 灰、老化、变形
优点：易替换，光效 高，透镜成本低 缺点：易积灰，防水 设计难度较大
路面亮度的测量
γ
P
β
α
60～160m
1.5m
1/4车道
测量点最小间距小于5米，则亮度计：
– 垂直视场角<2’ – 水平视场角2’~20’
计算 “检测”路面亮度的方法
随着经济和全球科技的发展， 亮度评价系统可能也应该普 遍成为评测道路照明设计的标准 采用理论计算的方法 “检测”路面亮度：
指标7 耐候性
LED标杆评估范围
光效评估
对耐候性 的评估
评估范围
光色质量 评估
对配光 设计的 评估
LED标杆评估范围与标杆指标、指标权重间的关系
光效评估 指标1 灯具光效 26.67% 6.67% 指标3-1 单位功率平均照度 6.67% 指标3-2 单位功率平均亮度 13.33% 指标6 20lux平均照度下单位面积功率 光色质量评估 4.44% 指标2 色温 对配光设计的评估 指标3-1 单位功率平均照度 6.67% 指标3-2 单位功率平均亮度 6.67% 13.33% 指标6 20lux平均照度下单位面积功率 6.67% 指标4-1 照度均匀度 6.67% 指标4-2 纵向亮度均匀度 2.23% 指标5 环境比 对耐候性的评估 20.00% 指标7 耐候性
LED阵列模组+单颗透 镜+露孔压板
优点：制造工艺成熟， 透镜成本低，不易积灰 缺点：结构相对复杂， 灯具效率受到影响
优点：结构最简单，灯 具效率最高 缺点：裸露的透镜易积 灰、老化、变形
优点：易替换，光效 高，透镜成本低 缺点：易积灰，防水 设计难度较大
路面亮度的测量
γ
P
β
α
60～160m
1.5m
1/4车道
测量点最小间距小于5米，则亮度计：
– 垂直视场角<2’ – 水平视场角2’~20’
计算 “检测”路面亮度的方法
随着经济和全球科技的发展， 亮度评价系统可能也应该普 遍成为评测道路照明设计的标准 采用理论计算的方法 “检测”路面亮度：
指标7 耐候性
LED标杆评估范围
光效评估
对耐候性 的评估
评估范围
光色质量 评估
对配光 设计的 评估
LED标杆评估范围与标杆指标、指标权重间的关系
光效评估 指标1 灯具光效 26.67% 6.67% 指标3-1 单位功率平均照度 6.67% 指标3-2 单位功率平均亮度 13.33% 指标6 20lux平均照度下单位面积功率 光色质量评估 4.44% 指标2 色温 对配光设计的评估 指标3-1 单位功率平均照度 6.67% 指标3-2 单位功率平均亮度 6.67% 13.33% 指标6 20lux平均照度下单位面积功率 6.67% 指标4-1 照度均匀度 6.67% 指标4-2 纵向亮度均匀度 2.23% 指标5 环境比 对耐候性的评估 20.00% 指标7 耐候性
LED灯具的光学技术ppt课件
2.1.7 使用不当引起的光衰 不恰当地供电，造成电流大于安全工作的要求，会引起LED光衰。 使用时散热条件不好，使LED芯片的温度过高，产生光衰。
2.2 LED透镜配光引起的光衰
为达到理想的光型和光斑，常在LED光上加装透镜、一般透镜材料有两 种，树脂亚克力的，它的透过率为93%（理想状态）。但这种材料做的透镜工
作一段时间后，由于紫外线的影响会黄化，引起透光率下降，下降范围一半在
10%——30%左右，另一种透镜材料为光学玻璃。这种透镜对紫外线不敏感， 几乎没有光衰现象发生。
2.3 光源腔及灯罩污染引起的光衰 由于有些灯具密封不严，防护等级到不到，使一些水气、灰尘、小虫进入
光源腔，从而影响出光形成光衰。也有的是由于灯罩是使用有机材料（亚克力）
2.1.5 支架对LED 光衰的影响 支架的材料有铜支架、铁支架、铝支架和陶瓷基架，由于导热性能不同和 热阻的存在，在一定的条件下会引起结温升高，从而导致光衰。
2.1.6 封装工艺结构对LED光衰的影响 由于封装的工艺和结构不同在LED工作时由于这些工艺和结构会使导热不
畅、温度上升，从而引起光衰减，是与荧光粉和封装胶相比影响小得多。
2.1.2 蓝光LED晶片自身的快速衰退，影响是第二位。
首先，蓝光LED晶片由于外延材料的原因，就在工作时有衰减。
目前常用的蓝光晶片存底材质一般为碳化硅和蓝宝石，碳化硅一般设
计为单点极，其导热效果比较好，蓝宝石一般设计为双电极，热阻较 大，导热效果较差；第二，是晶片的尺寸大小，在晶片材质相同时， 尺寸大小不同衰减也有一定的差距，因此选择材料较好的LED晶片和 合适的尺寸大小也是很重要的。
老化引起的光衰。另外，灯罩外面沾满尘土、小虫、被污染也使出光量下降， 形成灯具光衰。
《LED照明设计方向》PPT课件
内置温度保护； 内部电源及保护技术； 内置高灰阶接口； 短路和断路保护； 可设置联动保护功能； ESD保护。
√ 其它任何内置功能、保护需求均可以探讨。
18
2021/4/23
模组化光源优点⑤走传统电源道路
这是稳健的第一步； 可选择性强； 成本是最优惠的； 开关电源都实现不了的指标，LED电源也实现也困难，少走弯路； 就算有实力的公司设计，LED部分也需要时间验证； 完全没有电磁兼容性问题。
LED照明设计方向
1
2021/4/23
半导体照明应用中存在的问题
散热 缺乏标准，产品良莠不齐 存在价格与设计品质问题，最终消费者选择LED照明，缺乏信心 半导体照明在电气设计方面与传统照明有很大差别，传统灯具企业需要
经验/技能积累过程 大家都看好该市场，但是还没有规模上量
……..
√通过调整高精度恒流芯片，保证LED亮度、色度的一致性，在模块一级为下游客户提供 标准的、定制的、可靠的高品质产品；
4
2021/4/23
最高效率后端驱动方式
当输出电压在48V左右时，低压差线性恒流器件 恒流效率高达99%，恒流精度±3%以内，不受任 何外围器件影响；
当输出电压在36V左右时，低压差线性恒流器件 恒流效率高达98.6%，恒流精度±3%以内，不受 任何外围器件影响；
就算在离线式照明部分，较低的电压12V和24V， 也分别有96%和98%的效率；
严重 ＄1元
8
2021/4/23
LED组合化封装是未来发展趋势
模组的组合设计能有效的降低一次性封装 成本；
分散的封装形式有利于减低散热设计成本； 选择国产的铝基PCB板材； 便于光学设计； 电源设计简化； 封装形式多样； 有利增强国产LED竞争力。
√ 其它任何内置功能、保护需求均可以探讨。
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2021/4/23
模组化光源优点⑤走传统电源道路
这是稳健的第一步； 可选择性强； 成本是最优惠的； 开关电源都实现不了的指标，LED电源也实现也困难，少走弯路； 就算有实力的公司设计，LED部分也需要时间验证； 完全没有电磁兼容性问题。
LED照明设计方向
1
2021/4/23
半导体照明应用中存在的问题
散热 缺乏标准，产品良莠不齐 存在价格与设计品质问题，最终消费者选择LED照明，缺乏信心 半导体照明在电气设计方面与传统照明有很大差别，传统灯具企业需要
经验/技能积累过程 大家都看好该市场，但是还没有规模上量
……..
√通过调整高精度恒流芯片，保证LED亮度、色度的一致性，在模块一级为下游客户提供 标准的、定制的、可靠的高品质产品；
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2021/4/23
最高效率后端驱动方式
当输出电压在48V左右时，低压差线性恒流器件 恒流效率高达99%，恒流精度±3%以内，不受任 何外围器件影响；
当输出电压在36V左右时，低压差线性恒流器件 恒流效率高达98.6%，恒流精度±3%以内，不受 任何外围器件影响；
就算在离线式照明部分，较低的电压12V和24V， 也分别有96%和98%的效率；
严重 ＄1元
8
2021/4/23
LED组合化封装是未来发展趋势
模组的组合设计能有效的降低一次性封装 成本；
分散的封装形式有利于减低散热设计成本； 选择国产的铝基PCB板材； 便于光学设计； 电源设计简化； 封装形式多样； 有利增强国产LED竞争力。
LED照明设计方案ppt课件
4、简易公式
＝ ⑵ 蓄电池 容量
用电器功率×用电时间 ×连续阴雨天数×设计系数(1.6～2.4)
系统电压
五类地区
设计系数取值对照 四类地区
2.4
2.2
2021/2/26
三类地区 二类地区
一类地区
2.0
1.8
精品课件
日照峰值越差
系数取值越高
1.6
13
太阳能灯具的安装要求
大屏幕显
□ 太阳能电池组件应当安装在周围无高大示建屏筑物、树木等遮挡
太阳光线的地方；
□ 在第一次使用前，应先将蓄电池的电量充满再出厂，以补充
用蓄 □户电在键池安பைடு நூலகம்装时时间，的太自阳放组电件；心须面朝正南方向。安装倾角一般为安 装盘所在地的纬度为宜。
□ 充放电控制器应选择与蓄电池一起安放，便于维护管理。并注
意防水、防潮、防盐雾、防酸碱气。
蓄电池和太阳
外□ □ 方端接式蓄控口连线电制接池系。安统装本位着置先选 接择 蓄应 电考 池虑 、环 再境 接温 负度 载及 ，透 最气 后等 接因 太板素阳反。能接组指件的示
2021/2/26
精品课件
11
配置设计
4、简易公式
＝ × ⑴ 太阳电池 组件功率
用电器功率×用电时间 当地日平均峰值日照时间数
设计系数（1.6～2.4)
五类地区
设计系数取值对照 四类地区
2.4
2.2
2021/2/26
三类地区 二类地区
一类地区
2.0
1.8
精品课件
日照峰值越差
系数取值越高
1.6
12
配置设计
2021/2/26
精品课件
14
LED照明基础公开课获奖课件
2024/10/2
3
照明发展史
2024/10/2
4
LED旳发展史
• 1923年Henry Joseph Round第一次观察到场致发光现象。 • 1936年George Destiau第一场使用场致发光这个术语。 • 60年代初，试验中，LED需要置放在液化氮中 • 第一种商业LED仅仅只能发出不可见旳红外线，但是迅速应用于感光与光电领域。 • 60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一种可见旳红光LED • 70年代中，采用双层磷化稼能够发出黄色光。 • 70年代末，LED出现绿色光。 • 90年代中，LED最终出现蓝色光。 • 90年代末白光旳LED开发成功 • 目前LED已经能够发出紫外光。 • 除此以外，LED旳光通量也在与日俱增，最新旳试验室数据是186lm/W
I
区
工作区 V F V
正向死区
IR
图 I-V 特性曲线
2024/10/2
25
LED电特征
• C-V特征 LED旳芯片pn结面积大小不一，使其结电容也不一 • C-V特征 呈现二次函数关系是电容与电压旳关系 • 最大允许功耗PF m • 响应时间 是LED点亮与熄灭所延迟旳时间。 • 响应时间 主要取决于载流子寿命、器件旳结电容及电路阻抗。 • LED点亮时间——指接通电源使发光亮度到达正常旳10%开始，
LED特征
• LED旳电学特征 • LED旳光学特征 • LED旳热特征
2024/10/2
23
LED电特征
• LED是一种由半导体无机材料构成旳单极性PN结二 极管，它是半导体PN结二极管中旳一种，其电压-电 流之间旳关系称为伏安特征。
• LED电特征参数涉及正向电流、正向电压、反向电 流和反向电压，LED必须在合适旳电流电压驱动下 才干正常工作。
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接收面零点以上平面的光通量为 81.371lm，占总平面的81% 设计目标2：射到上半平面的光通量 占总光通量的81%
第二步：确定总体光学结构
备选方案1：非对称结构透镜
可行性：纵向方向上的非均匀光分布决定了单透镜必须使用具有 内外表面的非对称结构
实施特点：单透镜结构较为复杂，设计困难，开模难度大 装配简单
《城市道路照明设计标准》的两种评价体系
《城市道路照明设计标准》对机动车交通道路照明的要求
亮度评价体系指标
平均亮度Lav 总均匀度U0 纵向均匀度UL
照度评价体系指标
平均照度：Eav 照度均匀度UE
亮度指标——人眼的直观感受的指标
驾驶员行车作业时，眼睛直接感受到的是路面亮度不是照度
缺点：
– 光源光效低10%-20% – 散热性能更差，寿命预期更短
内容提要 1、LED路灯光学结构演变历程 2 、LED标杆评测结果中体现的光学问题 3、 光学设计案例讲解
4 标杆评测光学设计部分测试结果分析
4.1 光效评估 4.2 光色质量评估 4.3 对配光设计的评估 4.4 对耐候性的评估
单盏高压钠灯 洗墙灯完成的 设计效果
第一步：确定设计目标
目标配光曲线水平方向对称，垂 直方向非对称
设计对象：Cree XPE LED
以下将根据单透镜泛光灯的设计来详细介绍设计与优化的过程
光源尺寸如下图所示，要保证内表面尺寸必须大于光源尺寸。
第一步：确定设计目标
设计目标1：光效系统最大光 强45 °
利用光学模拟软件（TracePro）进行光线追迹
把透镜模型代入到TP中，设置透镜材质为PC，建立光源，设定光源发光 表面光通量为100lm，建立接收面，进行光线追迹。如下图所示
第五步：系统优化——评估光斑质量，光效等
TracePro模拟所得光斑光效为90.419%，光效较高，但主要还存在三方面的问题 ①最大光强角过小 ②上半平面能量占总平面的能量为的0.82%，零点以下的光通量太多 ③最大光强分布在两侧，中心光强较弱，光斑出现了“空洞”
必须对透镜进行优化调整！！！
系统优化的检测手段
1. 利用光学模拟软件自动优化：如利用TracePro的 Interactive Optimizer功能设定目标参数进行自动优化 （局限性：只能模拟某些特殊结构）
2. 根据样品的光效，配光曲线，照度情况等分析光线的 走向，能量划分等，手动调整模型结构，实现模拟→评估 →优化→模拟→评估→优化→得出最优结果的过程
换
三种类型的单管模块化形式
LED阵列模组+光学透 镜/反射杯+灯罩
LED阵列模组+光学面罩 （去除平板灯罩）
LED阵列模组+单颗透 镜+露孔压板
优点：制造工艺成熟， 透镜成本低，不易积灰
缺点：结构相对复杂， 灯具效率受到影响
优点：结构最简单，灯 具效率最高
缺点：裸露的透镜易积 灰、老化、变形
优点：易替换，光效 高，透镜成本低
（X，Y） 对应的 (x,y)
E(x,y)与 E(X,Y)关系
L(X,Y)
E(X,Y)
路面亮度分布
单盏路灯的照度分布
实例：某路灯的亮度分布转化
2 1.5
1 0.5
0 -0.5
-1 -1.5
-2
某LED路灯测试照度等高线
84.5
384
384
458
159
309 234
-4
-2
0
2
4
测量悬挂高度：2.4m 有效照射面积比例：高：宽：长=1:1.2:3.5
LED路灯配光的意义
未经配光的LED路灯为琅勃分布，大部分光被浪费 未经配光，无法达到道路照明设计规范中的照度均匀度要求
LED道路照明：从无配光到蝙蝠翼配光
几类完成蝙蝠翼配光的方案
弯曲面板拼接：
光线控制能力弱 眩光严重 散热不均衡
平面+光学结构： 光线控制能力强 眩光小 散热条件统一
平均照度：15.6lux 照度均匀度：0.68 达到“行业标准”照度评价系统对快速路的要求
换算的路面的亮度分布
灯具在路面的亮度分布计算结果(单位：cd/mm2)
1.72 1.73 1.42 2.02 2.03 1.59 1.78 1.73 1.44 1.39 1.32 2.21 2.58 1.42 1.45 1.44 0.85 0.92 1.13 1.39 1.43 1.12 0.84 0.85
制点、线利用3D建模软件构建模型 利用光学模拟软件对所建模型进行光线追迹，评估样品的
光效，光斑均匀度等参数，提取配光曲线 调整和优化，达到设计目标
– 利用DIALux模拟在实际照明环境中光斑的分布情况，照度亮度的 均匀的等指标
光学设计的辅助工具
数学计算软件——MATLAP 、Excel 3D建模软件——Rhinoceros 、Pro/Engineer 光学模拟软件——TracePro 、Lightools 灯光照明设计软件——DIALux
26.67% 6.67% 6.67% 13.33%
光色质量评估
指标2 色温
4.44%
对配光设计的评估
指标3-1 单位功率平均照度 指标3-2 单位功率平均亮度
6.67% 6.67%
指标6 20lux平均照度下单位面积功率 指标4-1 照度均匀度 指标4-2 纵向亮度均匀度 指标5 环境比
13.33% 6.67% 6.67% 2.23%
指标7-1 高低温 指标7-2 潮态耐久性 指标7-3 开关测试 指标7-4 浪涌测试
LED标杆评估范围
光色质量 评估
光效评估
评估范围
对配光 设计的
评估
对耐候性 的评估
LED标杆评估范围与标杆指标、指标权重间的关系
光效评估
指标1 灯具光效 指标3-1 单位功率平均照度 指标3-2 单位功率平均亮度 指标6 20lux平均照度下单位面积功率
缺点：易积灰，防水 设计难度较大
LED道路照明：从单管器件封装到集成封装模组
单管器件模组
集成光源+玻璃大透镜
优势：
– 成本远低于单管器件（100瓦同样光效的光源成本低50%以上） – 器件失效机制更少，散热器与模组接触好（器件与散热器接触面积小） – 易于进行外观设计，易形成流线型造型 – 形式单一、接口标准，易形成标准化器件
新的问题：照度均匀但看上去不均匀
经测试，照度均匀性达到0.68；不过人眼和照相机看 到的是如此景象
路面照度和路面亮度的关系
路面照度：路面点单位面积接收的光通量 路面亮度：从路面点反射到人眼的光锥亮度
人眼接收光通量：dφ
接收光通量：dΦ
dΩ 微元面积dS
照度：P=dΦ/dS
亮度：L=dφ/dΩ/dS
灯具形态发展趋势：一体式灯具到模块化灯具
一体式灯具
模块化灯具
模块化——必然趋势：成本优势
综合成本 = 灯具制造成本 +
维护成本 +
可靠性风险成本
模 物 物 光 电子 具 料 料 源 器件 成 材 加 成 成本 本料工本
成成 本本
模块化大大减小了模具成本（不同瓦数的灯具不需另外开模具） 物料成本更低（同样散热面积的多个模组总物料质量小于一体式整灯） 小型模组加工方便，加工成本更低 有助于大幅降低备料风险
LED照明标杆产品光学设计
中山大学半导体系统研究中心 佛山市中山大学研究院 研发部部长
罗滔
内容提要 1、LED路灯光学结构结构演变历程 2、 光学设计案例讲解
道路照明灯具形态发展轨迹
单颗小功率LED集成
无配光
灯 单颗大功率LED
配
具 单颗大功率LED+聚光型透镜 光
备选方案2：透镜+反射杯
可行性：利用反射杯来实现光的单侧分布 实施特点：反射杯和透镜均曲面简单易开模
反射杯的精度要求高，实现难度大 需要分别装配透镜与反射杯，容易引入误差
确定的设计思路
+=
外表面
内表面
第三步：设计并建模
利用3D建模软件（Rhinoceros）构建透镜模型
外表面
内表面
第四步：模拟
平均亮度Lav：1.49（cd/mm2） 总均匀度U0 ： 0.56 各车道纵向均匀度UL：UL1＝0.70，UL2＝0.51，UL3＝0.59
结论：在高照度均匀性下，亮度均匀性和纵向亮度性都不一 定达到标准
LED道路照明：从照度均匀到亮度均匀
改变配光特性，才能从照度均匀到亮度均匀 当最大光强角度从60度左右增加到67度以上，可以达到了道 路的亮度均匀性和纵向均匀性要求
平均亮度低
总均匀度差
纵向均匀度不好
国际照明委员会和大多数国家以亮度为依据制定道路照明规
范
在有条件进行亮度计算和测量的情况下，应以亮度为准
路面亮度的测量
P
γ
β
α
1.5m
60～160m
1/4车道
测量点最小间距小于5米，则亮度计：
– 垂直视场角<2’ – 水平视场角2’~20’
计算 “检测”路面亮度的方法
安装路面
α=23°
L=35m H =11.5m
s=1.5m
灯具排布参数
3.75m
5m
检测点排布及距离
路面特性：水泥混凝土
路面的照度分布
灯具在路面的照度分布计算结果(单位：lux)
21.2 20.3 15.1 16.5 15.4 15.2 20.9 21.2 17.8 16.5 14.0 17.5 21.1 14.7 17.5 17.8 10.7 10.6 11.2 12.8 13.6 12.0 10.7 10.7