LED灯具光学基础知识

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）。

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。

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？。

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。

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。

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灯具基础知识全解目录一、LED灯具概述 (2)1.1 LED灯具定义 (2)1.2 LED灯具特点 (3)1.3 LED灯具应用领域 (4)二、LED光源基础知识 (5)2.1 LED光源原理 (6)2.2 LED光源结构 (8)2.3 LED光源性能参数 (8)三、LED灯具设计基础 (10)3.1 灯具设计基本原则 (12)3.2 灯具光学设计 (13)3.3 灯具电源设计 (14)四、LED灯具驱动与控制 (16)4.1 常用驱动方式 (17)4.2 驱动器选择与设计 (18)4.3 控制系统原理与应用 (20)五、LED灯具散热与热管理 (22)5.1 散热原理与重要性 (23)5.2 散热设计与优化 (24)5.3 热管理解决方案 (26)六、LED灯具品质评估与测试 (27)6.1 品质评估标准与方法 (28)6.2 功能测试与验证 (30)6.3 耐久性与可靠性测试 (31)七、LED灯具安装与维护 (32)7.1 安装步骤与注意事项 (33)7.2 维护保养指南 (34)7.3 安全操作规范 (35)八、LED灯具发展趋势与创新 (37)8.1 技术创新与发展趋势 (38)8.2 新型材料与工艺应用 (40)8.3 市场需求与挑战分析 (41)一、LED灯具概述LED灯具是一种利用半导体材料发光的照明设备，其工作原理基于当电流通过LED芯片时，光子能量被材料中的电子吸收并跃迁至更高的能级，进而以光的形式释放出来。

由于LED光源具有高效、环保、寿命长以及响应速度快等优点，其在现代照明领域得到了广泛的应用和快速的发展。

LED灯具的设计多样，可以根据不同的需求和用途进行定制，包括功率大小、颜色温度、显色指数、光束方向等参数。

LED灯具还具备智能控制功能，通过与传感器和控制器等设备的结合，可以实现自动调节亮度、定时开关、远程控制等智能化操作。

随着技术的不断进步，LED灯具的成本逐渐降低，产品性能不断提升，其在全球照明市场的地位也越来越重要。

主要内容：1. 光学重要的术语2. 三原色3. 光谱图4. 物体的颜色5. LED基础知识照明基本知识名称符号单位说明发通量FLm（流明）光源每秒钟所发出光量之总和，用于表示光源发出的光量。

简单说就是发光量发光强度ICd（坎德拉）光的强度。

在某一特定方向角内所放射光的量。

照度 ELx（勒克司）单位面积内所入射光的量，也就是光能量(lm)除以面积(m2)所得的值，用来表示某一场所的明亮度。

亮度LCd/m2（尼特）从某一方向所看到物体反射光线的强度。

也就是说单位面积时某一方向反射的光之强度。

照度是表示单位面积内入射光的量。

亮度那么是表示眼睛以某方向所看到物体的反射光的强度。

光通量、发光强度、照度、亮度之间的关系图示________________________________________1. 光学重要的术语正如其它所有科技行业一样，照明行业也有其专业术语。

这些特殊的用语和概念可以明确定义光源和灯具的特征，并使测量单位标准化，下面是对其中最重要的术语的说明。

光线和辐射(Light and radiation)光是电磁波辐射(能量从一个物体传播到另一个物体，在传播过程无需任何媒介。

这种能量传播方式被称为辐射)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X围在360到830nm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。

光通量Φ (Luminous flux,Φ)单位：流明(lumen, lm)光源发射并被人的眼睛接收的能量之总和即为光通量（Φ）。

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28 00lm左右，为白炽灯的6~8倍。

光强l (luminous intensity, I )单位：坎德拉(candela, cd)一般来讲，光线都是向不同方向发射的，并且强度各异。

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。

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。