LED筒燈的光源與光學設計

文章來源:恒光電器

發布時間: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缺點。

　　采用中小功率的LED作為筒燈的光源，因為LED的數量較多，產業資訊，能盡可能地布滿整個光源腔，這樣可以使得LED工作時轉化的熱量分布得更廣，便于散熱，同時也避免局部溫度過熱。同樣因為LED分布得比較分散，光源到出光面的距離可以設計得比較小，就能夠達到均勻光斑的效果，所以采用小功率LED來做筒燈可以將筒燈的高度設計得比較低。采用中小功率的LED也同樣存在不足，主要是體現在成本上。因為小功率的LED需要電路板進行電氣連接，通常考慮到散熱要求，采用鋁基板來進行電氣連接。同時小功率LED的數量較多，也需要采用貼片機來將LED貼在鋁基板上，這兩個方面都增加了整個燈具的成本。

　　采用集成光源的LED來作為筒燈的光源，因為集成光源已經自帶電路板，在使用時僅需要固定即可，所以相比小功率的LED節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用也會存在幾點不足，商業照明，車間照明，一是由于集成光源的功率比較大，LED在工作時，熱源比較集中，所以在散熱設計上的要求更高；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，節能與環保，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比較高， led亮化工程公司，LED照明企業，整個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的優缺點而采用的一種折中的方法。實際在設計LED筒燈時，商業照明，選用哪一種燈珠來作為LED筒燈的光源并不是一定的，產業資訊，要綜合考慮整個性能和成本，作出全面的分析，才能確定采用什么樣的LED最合適。

LED筒燈的光學設計

　　筒燈作為普通照明和輔助照明通常在光學上并沒有很嚴苛的要求，大多數LED燈珠的光型（朗伯型）就可以滿足筒燈的光學要求，所以在筒燈的光學設計中，不需要特別地去改變LED的出光方向，像路燈和射燈一樣，需要透鏡來達到所要的出光角度。筒燈的光學設計就是盡可能地將光源腔內的光線反射出去，同時使得出光面上光斑均勻。

　　對于采用小功率的LED設計而成的筒燈，在排列LED位置時，盡可能地將LED的分布面積增大均勻排布，一來熱源比較分散便于散熱，二來可以使得整個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到均勻的效果。這里的透光罩因為僅僅是起保護光源的作用，所以盡可能選擇透光率高的材質來作為透光罩。同時為了提高整個燈具的出光效率，盡可能多地將LED發出的光反射到燈具外部，筒燈內部光源腔如圖所示。

　　從圖中可以看到，大部分LED發出的光是直接通過透光罩發射到筒燈外部的，還有一部分光是LED發射到周圍的反光罩上，然后經由反光罩再反射通過透光罩發射到筒燈外部的。這里的透光罩通常會選擇高透光率的材質，通常透光率在85%以上。而反光罩則根據不同的結構，選用的材質可能不同。在這里反光罩僅僅是一個光學部件的名稱，其有可能是一個零件，也有可能是某一個零件的一個面。因為要提高整個燈具的出光效率，所以反光罩也要經過一些光面處理，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和反光罩發出的光經過透光罩后，仍有少量的光會被反射回去。可以看到反射回去的光會發射到鋁基板上而被浪費，我們應該想辦法將這部分光再反射出去。有一個好的解決方法是提高鋁基板表面的反射系數。通常在生產鋁基板的時候，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，讓反射回來的光再次反射出去。

　　當然如果反光罩和鋁基板的反射系數沒法做得比較高的話，就可以采用另外的反射系數比較高的材質。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社發明的尖端節能科技新產品。日本古河電工花費十年時間開發出微發泡反射板(MCPET)，協助燈具廠商解決眩光及亮度不均勻等問題，并且借由微發泡反射的高反射和擴散能力，在不增加光源的情況下，進而提升燈具的照度，視結構設計與應用，提升幅度可高達40%～60%。

　　微發泡反射板的正式名稱為MCPET(micro cellular PET)．采用PET (polyethyleneterephthalate)為基材進行發泡制程。MCPET具有下列優點：優異的光反射特性、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）生產的原材料研發出的天花照明用反光片，照明資質，它是一種將潔凈的二氧化碳注入發泡劑后，使用于制造飲料容器等可以循環利用PET樹脂發泡到5倍后制成的薄片。它具有出色的光學特點，對可視光的全反射率在99%以上，散射率在95%以上，可以高效地應用于日光燈以及所有使用了冷陰極的照明設備上。而且經過特殊的丙烯加工，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% 為眾多微細氣泡進行反射的漫射（亂反射）。

　　在二次加工方面，可利用裁切、沖壓、彎曲加熱等方式進行成型。

　　MCPET材料本身的難燃性符合發泡材料UL94-HBF的燃燒標準。此外，由于MCPET材科的絕佳特性,因此對于各波長光LED射能力都能夠維持均一性，在有忠實反射光原要求的情況下，3c認證，更能發揮其特長。除了LED以及冷陰極燈管(CCFL)燈具之外，對于室內燈源以及廣告燈箱的應用方面，也能夠在減少燈管數量的情況下，維持所期望的亮度與照度，進而減少照明電費的支出，達到節約能源的目的。

　　對于采用集成光源的筒燈的光學設計，其設計方法與小功率筒燈的光學設計相似。不同之處在于集成光源的發光面比較小。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。這也是我們在市面上看到大部分集成光源的筒燈，其高度比較高的原因。

　　集成光源的筒燈內部光源腔原理和采用小功率的LED筒燈的光學原理是一樣的，大部分的光是直接通過透光罩發射到燈具外部的。這里的透光罩仍然是采用透光率較高的材質。為了能夠降低整個筒燈的高度，主要是降低反光罩的高度，因為降低了反光罩的高度也可以節省整個燈具的成本’可以利用前面所說的高反射系數的反光板來達到目的。