LED二次光学设计

中国LED路灯技术发展现状及问题分析大功率LED路灯与常规高压钠灯路灯不同的是,大功率LED路灯的光源采用低压直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管,发光二极管(LightEmittingDiode,简写为LED)是基于半导体PN结形成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源,在一定的正向偏置电压和注入电流下,注入P区的空穴和注入N区的电子在扩散至有源区后经辐将电能直接转化为光能。

射复合而发出光子,将电能直接转化为光能。

LED作为路灯的光源,它和传统路灯光源比较有许多优点。

保证光效；1、LED路灯本身具有光的指向性,没有光的漫射,保证光效；达到节能目的；2、LED路灯有独特的二次光学设计,将LED路灯的光照射到所需照明的区域,即路面,进一步提高了光照效率,达到节能目的；3、LED的光源效率目前已达100lm/W,而且还有很大的发展空间,理论值能达到250lm/W。

而高压钠灯的发光效率是随路灯比高压钠灯强；功率增加才有所增加,因此,总体光效LED路灯比高压钠灯强；4、LED路灯的光显色性比高压钠灯高,高压钠灯显色指数只有23左右,而LED路灯显色指数可达到75以上,从视觉心理角度考虑,达到同等亮度,LED路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低20%以上(参照英国道路照明标准)；而且,在中间视觉水平下,人眼在高色温环境里比低色温环境更容易辨别事物,避免了某些危险状态的发生；5、LED路灯的光衰小,一年的光衰不到3%,使用10年仍达到道路使用照度要求,因此,LED路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低；比高压钠灯低；节省电能；6、LED路灯可以自动调光,能实现在满足不同时段照明要求,最大可能的降低功率,节省电能；7、LED是低压直流器件,驱动单颗LED的电压为安全电压,所以它是一个比使用高压电源更安全的电源,特别适用于公共场所。

直流的特点使LED特别适合与太阳能、风电进行结合；8、每个单元LED晶粒只有很小体积,所以可以制备成各种形状的器件,并且适合于易变、易震的环境；万小时以上；9、寿命长：理论寿命能使用5万小时以上；10、LED可以进行频繁的开关而不用担心其损坏；11、安装简便：直接将LED路灯灯头安装于灯杆替换原有的钠灯灯头；70°C C以下,随着技术的发展,结点温度还在进一步下降,结点温度越低,理论上12、散热控制出色：能将LED结点温度降到70°芯片寿命就越长；LED芯片寿命就越长；13、质量可靠：电路电源全部采用高质量元器件,每颗LED都有单独过流保护及串并联保护,就算一颗损坏,也不会导致其他芯片失效；LED芯片失效；14、LED光源不含有害金属汞,不像高压钠灯或金属卤化物灯在报废时对环境造成危害；但是,最近听到不少专家学者的意见,认为LED作为路灯来取代高压钠灯在技术上还不成熟。

LED路灯光学设计与分析邢海英;高铁成【摘要】本文利用TracePro光学设计软件模拟LED路灯两种不同配光方案的光学设计效果,将TracePro仿真结果导入至Dialux软件中,模拟两种不同配光方案的实际道路照明效果,并进行比较分析.分析TracePro和Dialux所得结果可知,采用花生壳透镜进行一次配光设计的LED路灯设计与花生壳透镜作为二次透镜进行二次配光的LED路灯设计,均能获得蝙蝠翼型配光曲线,进而获得道路照明所需的矩形光场;但是通过Dialux软件模拟两种配光方案的实际道路照明效果发现花生壳透镜作为二次透镜进行二次配光的LED路灯的均匀性更佳,在实际道路照明中更可取.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2015(030)002【总页数】6页(P242-247)【关键词】LED路灯;花生壳透镜;矩形光场;均匀性【作者】邢海英;高铁成【作者单位】天津工业大学大功率半导体照明应用系统教育部工程研究中心天津300387;天津工业大学大功率半导体照明应用系统教育部工程研究中心天津300387【正文语种】中文【中图分类】TM461 引言近年来，发光二极管（LED）技术发展迅速，特别是白光LED 技术的日趋成熟，使LED 应用于城市道路照明得到业界越来越多的认同[1]。

LED 在城市道路照明中的应用首先要满足该领域所需的光强分布以及光学性能指标的要求。

LED 行业通常将LED 封装成朗伯光源或近朗伯光源，这类光源在路面上形成的是不均匀的圆形光场，其中心光强较大，在径向衰减很快，图1为单纯朗伯光源路面照度分布图[2]。

而道路照明系统需要在其被照区域形成矩形光场。

与会有部分光散落在路面之外的圆形光场相比，矩形光场能使大部分光都分布在路面上，能提高光能的利用率。

图2a、图2b 分别为圆形光场和矩形光场路面照明示意图[3]。

如图2a 所示圆形光场照在路面上。

中心亮度大而边缘暗，若要在圆形光场边缘区域也达到照度值，那么中心的照度值将会超过标准要求，如此将增加路灯的能耗；另外，圆形光场在路面以外的一些区域存在相当的无效光，也会造成一定光能的损耗。

二
"
墅
D E S IG N F O R O U TD o o R S L E D
L IG H TIN G
本期 特邀 嘉宾 ： 复旦 大 学 电光 源 系 陈大 华 教 授 河南工 业 职 业 技术 学院 高级工 程 师
、
副教授 霍大 勇
维普资讯
ＬＤ Ｅ 照明中非成像光学设计浅析
文／ 大华 陈
光板 又称 为复 眼透镜 ，它 由一 系列园柱
面组成 ，每 个柱 面相 当于一 个透 镜 ，在
柱 面 母 线 方 向 上 ，光 线 保 持 原 入 射 的 方
向 ，而在柱 面非母 线方 向上 ，透 镜的作 用 使各个 方 向上都 有汇 聚或 发散作 用 ，
摘 要 ：本 文探讨 了Ｌ Ｄ照明 系统 中，非成像 光学设计 的重要性 、基本原 从 而实现扩展光束角的 目的。 Ｅ 理 、作 用和 常用的方法 ，以及 非成像 光 学设计 中运用较 多的透镜 ，非球 面反
用 ，我们必 须根 据不 同的 应用场 合和 需 面反 射镜和 折 光板 。透镜 能使 点光源 发 （ 导） ９ ５ ２ 博 。１ ６ 年 月毕 业于复旦 大学物理
求 ，针对Ｌ Ｄ Ｅ 光源的特性进行二次光学设 出的 光线汇 聚 或发散 ，起 到改 变光束 角 系， 工 作 于 电 光 源研 究 所 至今 。 曾在 留校
照度 随 出射角 的增大 而迅 速衰 减 。显 然 起到关键的决定 作用 。 这样 的光源 特性 是很 难满 足户外 照明 用 在 Ｌ Ｄ 明系 统 的非 成像 光 学设 计 Ｅ 照
陈 大 华 （９ ３１ 浙 江 宁 波） 授 １４ ． 一 ， 教
和上游产业发展的大好契机。 目
途 的 实 际 需 求 。 因 此 在 Ｌ Ｄ 外 照 明 应 中，基本 的光 学元件 主要 有透 镜 、非 球 Ｅ户

项目研究开发内容、方法、技术路线一、半导体照明路灯主要研究内容1、灯具系统的结构、热性能设计LED 的工作工况和散热不仅直接关系到LED 实际工作时的发光效率，而且还关系到LED 的使用寿命。

又因为在户外使用的道路灯具，应具有一定等级的防尘防水功能（IP），良好的IP 防护往往会妨碍LED 的散热。

解决这个相互矛盾但又都得解决的两个问题是道路灯具设计时应关注的一个重要方面。

在这一方面也是国内把LED 应用于道路灯具中时出现不合格及不合理的情况最多的。

国内目前使用中出现的不合格及不合理的情况基本有：对LED 采用了散热器，但LED 连线的接线端子及散热器的设计无法达到IP45 及以上等级，无法满足GB7000.5/IEC6598-2-3 标准的要求。

采用普通的道路灯具外壳,在灯具出光面内用矩阵式LED,这种设计虽说能满足 IP 试验，但是由于灯具内的不通风会造成在工作时，灯具内腔的温度会升高到50℃~80℃，在如此高的工况下，LED 的发光效率是不可能高的，同时 LED 的使用寿命也将大打折扣。

在灯具内采用了仪表风扇对LED 及散热器进行散热，其进风口设计在灯具的下方，以避免雨水的进入，出风口设计在下射LED 光源的四周。

这样也能有效避免雨水的进入，另外散热器和LED（光源腔）不处于同一空腔内，这种设计如做的好，按灯具的IP 试验要求，能顺利通过。

这一方案，不仅解决了LED 的散热问题，而且同时满足了IP 等级的要求。

但是这种看似良好的设计，实际上存在明显的不合理情况。

因为在我国绝大多数道路灯具的使用场合，空中的飞尘量是较大的，有时会达到很大（例如起沙尘暴），这类灯具在一般条件下使用一段时间后（约三个月至半年），其内部散热器的缝隙内就会塞满灰尘，使散热器效果大打折扣，最后还会使LED 因工作温度过高而使用寿命明显缩短。

这一方案的不足是在于不能持久良好地使用。

在灯具内关键的散热位置，采用导热板。

导热板是在金属板的内部，均布有供冷媒流动的细导管，并在细导管内充有冷媒，当导热板的某一部位受热时，细导管内的冷媒会快速流动而使热量迅速地传导。

只要通过各色芯片的电流稳定、散热较好， 那么这种方法产生的白光比上述产生的白 光稳定且制作简单。 光衰问题：驱动方法要考虑到不同芯片的 光衰不一样。采用不同的电流进行补偿， 使之发出的光比例控制在3： 6：1。这样 可以保持混合的白光稳定，从而达到理想 的效果。
一、制作白光LED的几种方法
普通二极管和发光二极管（LED）的相同点与不同点。
相同点： （1）都具有单向导电性，即正向导通，反向截至； （2）都具有PN结形式的结构特征； （3）具有类似的I-V特性曲线。
不同点：
（1）普通二极管材料一般为Si,Ge等间接带隙半导 体材料，不能发光； 发光二极管材料一般为GaAs/GaN/AlGaInP等直 接带隙半导体材料，电子－空穴可以复合发光。 （2）普通二极管的结构为一般的PN结，LED的结 构一般采取多采用（双）异质结、（多）量子阱等 结构。 （3）开启电压不同。
2.SMD的特点
2、特点： 1：发光角度大，发光效率高，无光斑； 2：产品体积缩小 ； 3：可靠性高、抗振能力强 ； 4：易于实现自动化，提高生产效率。
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一、制作白光LED的几种方法
2、LED紫外光芯片上涂覆RGB荧光粉

基本原理 这种方法利用紫外光激发荧光粉产生三基 色光来混合形成白光。
一、制作白光LED的几种方法
2、涂覆RGB荧光粉特点


缺点：其出光效率较低，而且用于封装的 环氧树脂在紫外光照射下易分解老化，从 而使透光率下降。 解决的好，突破瓶颈，就可以获得创新发 展。
中高端大功率LED品牌供应商

一种用LED光源的准直系统设计1 引言半导体发光二级管(LED)光源具有体积小、效率高、响应快、易调光、色域范围宽、无汞污染、使用寿命长等特点，是一种节能环保的新型光源。

随着LED技术的不断完善，特别是光效的不断提高，在投影显示、背光光源、城市照明等领域有着广泛的应用前景。

然而，由于LED的空间光强近似Lambertian型分布，使其在被照面上所形成的照度随出射角的增大而迅速衰减，很难满足远距离照明如手电、港口或码头用信号投射灯的实际需要，为了使光束平行出射以提高光能利用率，光学设计人员尝试通过各种途径来设计反射器、折射器或折反射器来改善光线在目标面的布局，以符合实际情况的需要。

目前，LED二次光学设计主要有两种方法：直接经验法和求解方程法。

直接经验法主要通过CAE三维机械建模软件绘制出光学元件的结构，并将此结构导入到光学仿真软件中如Tracepro中，并对此结构赋予某种光学属性，最后通过蒙特卡罗非序列光线追迹来判断照明面上的照度分布及整个系统的光强分布。

由于这种设计的随意性很强，相关设计者往往需要多次修改光学元件的结构，多次模拟来完成设计，此类方法并不需要太多的理论计算，设计的关键往往取决于设计者的个人经验。

方程求解法基于光源的发光特性和所需实现的照明要求而构建方程组，其未知数即为所求自由曲面上个点的坐标，在给定初始条件后，通过求解方程组的解析解或数值解，即可得到自由曲面的面型数据并可实现所需照明要求。

此种方法免去了反复试验所需的时间，提高了设计效率，但对设计人员的光学构建能力和数学功底的要求比较高。

本文针对旋转对称折射器，根据LED光源特性和目标面的光强分布要求，依据snell 定律和非成像光学中的光学扩展量要求，设计了一种较为简便的自由曲面折射器，实现了系统的长距离均匀照明。

2 设计原理建立如图1所示的坐标系。

设LED光源位于坐标系的原点，透镜前表面为平面，后表面为为曲面，即为需要设计的自由曲面。

浅析LED照明的二次光学设计研究发表时间：2016-03-30T17:28:28.693Z 来源：《基层建设》2015年23期供稿作者：华路[导读] 东莞轩朗实业有限公司 523281 LED（LightEmittingDiode）为发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。

华路东莞轩朗实业有限公司 523281摘要：本文首先介绍了LED的发光原理，再通过一次光学设计及二次光学设计，简单介绍了LED照明的二次光学设计。

旨在与同行探讨学习，共同进步。

关键词：LED一次光学二次光学设计LED（LightEmittingDiode）为发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。

20世纪60年代，人们通过对半导体材料可通电发光的了解，生产出了第一个商用发光二极管。

LED是由Ⅲ-Ⅴ族化合物，比如：GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体材料造成的，它的核心是PN结。

因此，其具有通常PN结的VI特性，即反向截止、正向导通、击穿特性。

除此之外，在一定的条件之下，其还具备着发光的特性。

在正向电压的作用之下，空穴由P区注入N区，电子由N区注入P区，进入到对方地域的少数载流子（少子）的一部分跟多数载流子（多子）复合而发光。

LED的发光原理如图1所示。

图1LED的发光原理PN结的端电压组成了一定的势垒，若给PN结外加个正向偏置电压，PN结的势垒将要减小，N型半导体当中的电子将会将要注入到P型半导体之中，P型半导体当中的空穴将要注入到N型半导体当中，因此出现了非平衡状况。

这些注入的空穴和电子在PN结处相逢发生复合，复合时将有余的能量以光能形式开释出来，从而可以观察到PN结发光。

这就是PN结发光的机理。

同时，当电子和空穴发生复合时，还有一些能量以热能的形式散发出来.PN结对电子和空穴具有不同高度的势垒，这两个势垒均很小，但是空穴的势垒比电子的势垒小得多，并且空穴不停从P区向N区扩散，取得高的注入速率，N区的电子注入P区的速率却比较小。

---- 二次光学设计比较
MR16 1×3W
MR16 3×1W
分类
透镜1#
透镜2#
透镜1#
透镜2#
光学效果
照度偏低，均匀性不 照度高且均匀，无 黄斑严重，照度不 无黄斑，照度高且
好，照明边界偏软 黄斑，照明边界锐
均匀
均匀，照明边界锐
光斑图片(1m距离）
精确高效的二次光学设计对于灯具的性能至关重要
------LED照明关键技术：光学
LED反射器的设计
LED配光
反射器
配光
•反射器在传统灯具中也广泛应用，根据配光要求一般为双曲线或者自由曲面形式 •因为反射器无法控制LED中心的光线，所以反射器光线控制能力较弱 •效率较高>92% •主要应用在如室内基础照明灯具等需要大角度配光的场合或者小于15度的重点照明灯具中
------LED照明关键技术：光学
Optical Efficiency Losses
------LED照明关键技术：光学
Evaluating Light Output
…but delivering the lumens where it’s needed
•The entire system efficiency is key, don’t be fooled by initial lm or lm/W •Always check the useful lumen, illuminance ( lux or foot candles on the surface to be illuminated), and/or the effect •Having samples and doing mock-ups are critical to success

LED路灯二次光学设计随着科技的发展，LED（Light Emitting Diode）路灯已经逐渐取代了传统的照明设备，成为照明行业的主力产品。

然而，由于LED的点光源特点，使得LED路灯在光学设计方面仍然存在一些问题。

为了进一步提高LED路灯的照明效果，研究者们进行了大量的工作，提出了许多的二次光学设计方案。

LED路灯的二次光学设计主要包括反射器和聚光器两个方面。

反射器的作用是将LED产生的光线反射到需要照明的区域，而聚光器的作用则是将光线集中到一个小的区域内。

这两个部分的光学设计都对LED路灯的照明效果有着重要的影响。

在反射器的设计中，通常使用的方法是将LED发出的光线通过折射、反射等方式来改变其传播方向和角度。

例如，可以使用三棱镜形状的反射器来实现光线的聚焦和分散，以达到光斑均匀分布的目的。

此外，还可以利用反射率较高的材料来增加光线的反射效果，从而提高光线的利用率。

在聚光器的设计中，主要考虑的是如何将LED产生的光线集中到一个小的区域内。

常用的方法是使用凸透镜或反射镜来实现光线的聚焦。

凸透镜可以通过改变其曲面形状来改变光线路径，从而实现光线的聚焦。

反射镜则是利用镜面的反射原理来实现光线的聚焦。

同时，还可以使用自适应光学技术，通过改变聚光器的形状或位置来调整光线的聚焦效果，以适应不同的照明需求。

除了反射器和聚光器的设计，LED路灯的二次光学设计还需考虑光线的色温和色彩还原指数等因素。

色温是指光源的色调，常用的单位是开尔文(Kelvin)。

一般来说，较高的色温会让人感到冷色调，较低的色温则会让人感到暖色调。

色温的选择要结合照明环境和使用需求来决定。

色彩还原指数是指光源对物体颜色的还原能力。

通常取值范围为 0-100，值越大表示还原能力越好。

在LED路灯的二次光学设计中，还需要考虑能源利用效率和使用寿命等因素。

LED的能源利用效率较高，可以达到较高的光电转换效率，从而实现节能的目的。

此外，LED的使用寿命较长，可以达到几万小时以上，减少了灯具更换的频率和维修的成本。

根据θ～α的关系，求出反射器曲面形状，这是计算反射器的第二步。其 中包括： 1.用公式计算光源光线间隔角度中反射面与轴线夹角β； 2.列表写出光源光线间隔角度θ和β角的正切值； 3.以光源置放点为原点，光轴(对称轴)为x轴，写出从光源发出的各光线 间隔角度上光线的方程：y=tgθx； 4.设反射器起始于第一点的坐标是x0y0，它的斜率为tgβ0，则反射器上第 一段的折线方程为：y-y0=(x-x0)tgβ； 5.计算该线段与下一个光线间隔角度的交点x1y1，即解下述方程组： y1-y0=(x1-x0)tgβ0 y1=tgθx1 6.重复过程5，计算下一个点，不同的是将x1y1的值作为x0，y0来处理，β0 与tgθ另取新的值； 7.完成上述全过程就可得到—个需要的反射器曲线。
△Fα 5l l67 329 498 437 l89 174 25 l870
表4： 角度α 0 l0 10 30 0 2l8 20 547 30 l045 40 l482 50 l67l 60 l845 70 l870 80 90 l00 l10 l20
确定θ～α关系方法之一 — 图表计算法：
例： 已知：需要设计—个具有下图配光曲线的反射器，(该反射器配光较宽， S／H=1.5，S／H称作距高比)。 步骤： 1.选择配光曲线中光线间隔角度，例如 取10°进行分划，用每环带中的中位角 度上光强与该环带昀环带常数相乘得各 环带内的光通量，见下表1。分划角度越 小，准确度越高。
图1
2.计算在光源光分布和出射光束光分布中各个角度间隔内的立体角； 3.采用光通增量=光强×立体角增量的公式计算各问隔内的光通，其中光 强由光源光分布和出射光束光分布中提供，往往取间隔角度的中值角上 的值； 4.找出光源能提供的光通和光束中需要的光通之差值，得到折换系数， 统一二者的差异； 5.找出光源在某个θ角间隔内能提供的光通正好和光束在某个α角间隔 内需要光通相一致的对应关系，即××θ角内的光线射到××α角中去 的θ～α关系。

LED路灯透镜设计二次光学是直接决定LED路灯的输出效率、配光分布、均匀度及眩光程度的重要环节。

绿色环保的城市道路照明要求LED路灯产生正好覆盖马路的长方形的光斑，对马路之外的其他地方譬如居民楼和建筑物的光污染尽量的少。

XY非轴对称的自由曲面二次光学的配光设计，是实现此目标的最好的方法。

使得在单个透镜模组上就可以完成高效率长方形的输出光斑、蝙蝠翼形的远场角度分布、以及实现截光设计。

整个灯头的结构变得非常的简洁，只要将这些完成配光设计的LED透镜模组，按照同一个方向排列在一块平面的PCB板上即可，简化了LED路灯的机械结构、散热管理、以及电源控制的排布。

本文介绍了一种全反射型的二次光学透镜的设计，该透镜可以实现很高的输出光效率、蝙蝠翼形的配光曲线分布、以及较均匀的长方形光斑。

1. 技术背景LED固态半导体照明技术被认为是21世纪的战略节能技术。

中国、欧洲和北美的许多国家和城市都已经进行了LED道路照明技术的开发和大力推广，相比于金属卤素灯（MH）和高压钠灯（HPS），LED路灯拥有更长的寿命（大于5倍）；除此之外，LED 路灯还具有更好的可控性和光效，可以节能50%之多。

LED路灯的另一个绿色能源的特征是光源本身不含有害物质汞。

光学方面，LED芯片的小光源特性可以比较容易实现精确的配光和二次光学的优化设计，准确控制光线的方向，把光充分的分配到所需要照明的马路上，防止光污染和眩光。

二次光学设计是决定LED路灯的配光曲线、输出光效、均匀度、以及眩光指数的一项重要技术。

现有市场上大部分的高功率白光LED的光度分布是郎伯分布，光斑是圆形的，峰值光强一半位置处的光束角的全宽度约为120°。

LED路灯如果没有经过二次光学的配光设计，那么照在马路上的光斑会是一个“圆饼”，如图1（a）所示，大约1半左右的光斑会散落到马路之外而浪费掉，并且光斑的中间会比较亮，到周围会逐渐变暗。

这种灯装在马路上之后，路灯之间会形成很明显的明暗相间的光斑分布，对司机造成视觉疲劳，引发事故。

02
良好的保护电路
03
输入超压保护
04
欠压保护
05
过流保护
06
防雷击保护
07
功率因素调节电路
08
多路恒流驱动
09
PWM调光系统
10
勤上LED路灯发展
路灯主要技术参数
KS-E112T1 LED路灯主要技术参数 输入电压 AC 170～250V 电源频率 50～60Hz 功率因数(PF) >0.95 总谐波失真 <15% 电源效率 88% 工作电压 53 V LED功耗 112 W 系统功耗 127.5 W LED发光效率 >85 Lm/W LED灯具初始光通量 9520 Lm 出光效率(%) >90%
基准
951
13
每年省电费(1元/度)
基准
951
14
灯具寿命(小时)
6000
100000
15
电缆安装费用节省(元/公里)
基准
25000
16
变压器投资费用(元/公里)
基准
5100
17
每盏灯可节约材料费用(灯距27米计为37盏/公里)
基准
837
18
灯具造价增加(元/盏)
基准
3163
19
收回增加成本年限
基准
LED路灯
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勤上光电：技术研发中心
勤上LED路灯特点
独特的二次光学设计，将所有的光最高效率的投在路面，并 与路面下平行形成一个边长为1比4的长方矩形的均匀的光照斑； 每颗LED都具有一个独立的二次光学系统，列阵后的LED光相互重叠相加后，在路面上形成一个满足道路安全的照度与均匀度的边长为1比4的长方矩形的光照斑，即便在有LED损坏不能正常发亮时，也只是影响其照度，而不会影响其均匀度； 低热阻的结构设计与良好的散热设计，保证了LED PN结温升不会超过40℃，从而保证了LED的工作寿命； 多路而又可靠的恒流源驱动电路，保证了LED工作的稳定性，也为LED能耗的控制提供的方便； 利用控制方波电流的占空比，在不同时间断根据不同需要，发出不同强度的光，以求达到进一步节能的目的； 将工作在高压，大电流的易损功率部分与灯具分开，方便的维护。 LED发光效率大于90Lm/W色温4500K~5300K。 10米灯杆时，照明范围大于 12x35㎡，均匀度大于0.6，达到国家一级道路照明标准时的PLD小于0.82W/㎡

新型LED路灯照明二次光学设计字号: 小中大| 打印发布: 2009-1-08 00:09 作者: 钱可元罗毅来源: 阿拉丁照明网查看: 0次编者按：由于白光LED具有很多显著的优点，将其应用于公共城市照明设施地替代光源有着许多的优点。

然而要真正充分发挥半导体光源的长处，二次光学系统的设计至关重要。

本文介绍了一种独特的适用于城市道路照明二次光学系统，他能较好的满足城市道路照明的家路相关标准，并可以灵活地适用于不同的道路情况。

1、引言公共城市照明在照明市场上占有庞大的份额，根据统计，城市公共照明在我国照明耗电中占30%的比例，约439 亿kwh，以平均电价0.65 元/kwh 计算，一年开支285 亿元。

目前，广泛应用于城市公共照明的是高压钠灯，特别是在主干道上，高压钠灯可以提供100lm/W 以上的发光效率。

但其本身的缺憾也很明显：光源的光谱成分偏黄，显色指数极低;灯具的寿命短，更换工作量大;不便于对于灯的功率进行调节;随着20 世纪90 年代固体物理学的高速发展和新半导体材料的突破性发现，近10 年来LED 技术取得了突飞猛进的发展。

白光LED 的出现，以其特有的低电压驱动、体积小、重量轻、显色性好、调光性能好、寿命长(达2 万小时以上)、耐振动、不易损坏、符合环保要求等优势，使半导体光源将成为城市道路照明理想的节能光源。

其显著的优点为：光效高。

目前商业化的白光LED 光效已达到90-100lm/W 左右，预计2 年内能达到150lm/W 以上，而这并非LED光效的上限，各国的专家都把光效地目标定在200lm/W 左右。

寿命长。

理想的目标是10 万小时，而目前商业化的白光LED 寿命可到5 万小时，比传统光源寿命要长10 一20倍。

做成城市道路照明光源，则可以10 年不换光源，大大节省了日常的维护费用。

便于对于灯的功率进行智能调节;可以附加二次光学系统，最大限度地利用LED 的光能，满足各种应用场合特定的照度与光强分布。

引 言
能 源 问题 是 ２１世 纪 最 热 门 的话 题 之 一 ， Ｌ 而 ＥＤ
到最 大程度 地利 用 ，并且在 照 明 区域内 满足设计 要
求， 需要 对 Ｌ Ｄ进 行光 学系统 的 设计。其 中 ， Ｅ 在封 装
过 程 中的设计 被 称 为一 次光 学设 计 ， 而在 Ｌ Ｄ之 外 Ｅ
一
通 量大小 、 光强 大小 、 光强 分布 等 ， 二次配光 设计必须 在 Ｌ Ｄ发 光器 件一 次配光 设计 的基础 上进行。 一次 Ｅ 配 光 设计 是 保证 每个 Ｌ Ｄ发 光器件 的出光质 量 ， Ｅ 考
虑将 Ｌ Ｄ芯 片中发 出的光 能尽 量 多地 取 出。而 二次 Ｅ
配 光 设 计 是 考 虑 怎 样 把 Ｌ Ｄ器 件 发 出 的 光 线 集 中 到 Ｅ
深 圳 雷 曼 光 电科 技 股 份 有 限公 司 ： 论 Ｌ Ｄ二 次 光 学 设 计 简 Ｅ
文 章编 号 ：０６ ６６ （０ ０ ０ — ０ ８ ０ １０ — ２ ８ ２ １ ）４ ０ ３ — ２
简论 Ｌ Ｅ Ｄ二次 光学设计
深 圳 雷 曼 光 电科 技 股 份 有 限公 司 （ 土ｌ 曼 光 电科 技 股 份 有 限 公 司 ， 东 深 圳 ５ ８ ５ ） 深 Ｈ 雷 广 １ ０ ５
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WE MAKE LIGHT
2.边缘光线原理
配光的理论基础
边缘光线原理： 当光源S连续不断的映射到目标T上时，S的边界到T 的边界的映射是必要和充分的。也就是说，在照明设计中，如果边缘光线 已经满足设计要求，那么中间的光线方向也一定满足要求。
边缘光线原理有自己的缺陷，就是它只能应用在一次性反射或折射的 光学系统中。在计算中，边缘光线原理可以作为一个边界条件来应用。
LED配光设计
配光的理论基础 配光的设计方法 配光结果的评价
目录
WE MAKE LIGHT
配光的理论基础
LED配光又称为LED二次光学，配光就是改变LED光源光线的分布，使设计
出来的灯具能够符合要求。LED配光属于非成像光学范畴，在设计中，我们通
常用到的理论有几何光学原理和非成像光学原理。
几何光学基本原理有以下四种：
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配光的理论基础
• 全反射：当光线从光密介质进入光疏介质时，在两种介质的光滑界面上出现全
反射现象。 • 费马原理：光线从A点到B点，是沿着光程为极值的路径传播的。
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配光的理论基础
非成像光学原理：
在传统的成像光学中，是以提高光学系统的成像质量，追求光学系统焦 平面上获得完美图像为宗旨的学科。
WE MAKE LIGHT
配光的设计方法
配光的设计方法
LED照明系统的配光设计步骤主要包括：确定设计输入，确定设计模型，进 行系统仿真和校正、设计输出。
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1.设计输入
• 光源的发光特性： 根据光源规格书来确定。
• 系统的目标和要求： 根据灯具的要求和相关标准来确定
• 光学系统的结构尺寸： 根据整个灯具系统的要求来确定

LED显示装置的二次光学设计【摘要】LED显示装置的二次光学设计在提高显示质量和降低能耗方面发挥着重要作用。

本文从二次光学设计的意义、原理、常见方法和应用等方面进行了详细介绍。

通过合理设计光学元件的形状和材质，可以提高LED显示器的亮度、对比度和色彩表现力，同时降低光补偿和能耗。

二次光学设计在LED显示装置中的应用已经取得了一定的成果，但仍有许多挑战和发展空间。

未来，随着技术的不断进步，二次光学设计在LED显示装置中的应用将会更加广泛，效果也会更加出色。

LED显示装置的二次光学设计的重要性不言而喻，未来将会成为LED 显示技术发展的重要方向。

结合本文所述的内容，可以看出LED显示装置的二次光学设计对于提升显示效果和节能降耗具有重要意义，值得进一步研究和应用。

【关键词】LED显示装置、二次光学设计、意义、原理、常见方法、应用、未来发展方向、重要性、发展趋势、总结1. 引言1.1 LED显示装置的二次光学设计LED显示装置的二次光学设计是指在LED显示器中，通过对光学元件进行合理设计和优化，以提高光学性能和减少能量损失的过程。

二次光学设计在LED显示装置中起着至关重要的作用，能够有效提高显示效果和节能减排。

在LED显示装置中，二次光学设计主要包括透镜设计、反射材料选择、光学路径设计等方面。

通过合理设计透镜形状和材料，可以改变LED发光角度和亮度分布，从而提高LED显示屏的亮度和对比度。

选择合适的反射材料和设计光学路径，可以减少光线损失和反射损失，提高LED显示装置的光学效率。

在LED显示装置中，常见的二次光学设计方法包括全息透镜设计、反射镜设计、光学模拟仿真等。

这些方法可以根据LED显示器的具体要求和应用场景，进行定制化设计，最大限度地提高显示效果和节能减排效果。

通过二次光学设计，LED显示装置的应用范围将得到进一步拓展，未来有望实现更加节能高效的LED显示技术。

LED显示装置的二次光学设计将在未来发展中扮演重要角色，推动LED显示技术不断创新和提升。