LED筒灯的光源与光学设计

文章来源:恒光电器

发布时间:2014-06-28

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 LED筒灯上的光源主要有三种：第一种是采用多颗中小功率的LED如3528、2835、3014、5050等1W以下的LED；第二种是采用数颗大功率灯珠，功率在1～3W的LED；第三种是采用一颗集成光源，也就是所谓的cob光源。三种不同光源各有优缺点。

　　采用中小功率的LED作为筒灯的光源，因为LED的数量较多，产业资讯，能尽可能地布满整个光源腔，这样可以使得LED工作时转化的热量分布得更广，便于散热，同时也避免局部温度过热。同样因为LED分布得比较分散，光源到出光面的距离可以设计得比较小，就能够达到均匀光斑的效果，所以采用小功率LED来做筒灯可以将筒灯的高度设计得比较低。采用中小功率的LED也同样存在不足，主要是体现在成本上。因为小功率的LED需要电路板进行电气连接，通常考虑到散热要求，采用铝基板来进行电气连接。同时小功率LED的数量较多，也需要采用贴片机来将LED贴在铝基板上，这两个方面都增加了整个灯具的成本。

　　采用集成光源的LED来作为筒灯的光源，因为集成光源已经自带电路板，在使用时仅需要固定即可，所以相比小功率的LED节省了铝基板的成本和贴片的成本。但是集成光源在筒灯中的应用也会存在几点不足，商业照明，车间照明，一是由于集成光源的功率比较大，LED在工作时，热源比较集中，所以在散热设计上的要求更高；二是集成光源的出光面比较小，为了避免在筒灯的出光面上产生光斑，通常需要集成光源到出光面的距离比较大，办公照明，节能与环保，这就要求反光罩的高度比较高，所以采用集成光源的筒灯高度会比较高， led亮化工程公司，LED照明企业，整个灯具的体积自然就大了。

　　采用大功率的LED作为筒灯的光源是考虑到小功率LED和集成光源LED的优缺点而采用的一种折中的方法。实际在设计LED筒灯时，商业照明，选用哪一种灯珠来作为LED筒灯的光源并不是一定的，产业资讯，要综合考虑整个性能和成本，作出全面的分析，才能确定采用什么样的LED最合适。

LED筒灯的光学设计

　　筒灯作为普通照明和辅助照明通常在光学上并没有很严苛的要求，大多数LED灯珠的光型（朗伯型）就可以满足筒灯的光学要求，所以在筒灯的光学设计中，不需要特别地去改变LED的出光方向，像路灯和射灯一样，需要透镜来达到所要的出光角度。筒灯的光学设计就是尽可能地将光源腔内的光线反射出去，同时使得出光面上光斑均匀。

　　对于采用小功率的LED设计而成的筒灯，在排列LED位置时，尽可能地将LED的分布面积增大均匀排布，一来热源比较分散便于散热，二来可以使得整个灯具的光型比较均匀，在出光面的透光罩上的光斑基本上可以达到均匀的效果。这里的透光罩因为仅仅是起保护光源的作用，所以尽可能选择透光率高的材质来作为透光罩。同时为了提高整个灯具的出光效率，尽可能多地将LED发出的光反射到灯具外部，筒灯内部光源腔如图所示。

　　从图中可以看到，大部分LED发出的光是直接通过透光罩发射到筒灯外部的，还有一部分光是LED发射到周围的反光罩上，然后经由反光罩再反射通过透光罩发射到筒灯外部的。这里的透光罩通常会选择高透光率的材质，通常透光率在85%以上。而反光罩则根据不同的结构，选用的材质可能不同。在这里反光罩仅仅是一个光学部件的名称，其有可能是一个零件，也有可能是某一个零件的一个面。因为要提高整个灯具的出光效率，所以反光罩也要经过一些光面处理，工程照明，以提高其反射率。而透光罩的透光率不是1OO%的，从LED和反光罩发出的光经过透光罩后，仍有少量的光会被反射回去。可以看到反射回去的光会发射到铝基板上而被浪费，我们应该想办法将这部分光再反射出去。有一个好的解决方法是提高铝基板表面的反射系数。通常在生产铝基板的时候，要求铝基板的表面做喷白油处理，这样就可以提高铝基板表面的反射系数，让反射回来的光再次反射出去。

　　当然如果反光罩和铝基板的反射系数没法做得比较高的话，就可以采用另外的反射系数比较高的材质。这里介绍一种反射效率极高的反光板MCPET。MCPET反光板是日本古河电工株式会社发明的尖端节能科技新产品。日本古河电工花费十年时间开发出微发泡反射板(MCPET)，协助灯具厂商解决眩光及亮度不均匀等问题，并且借由微发泡反射的高反射和扩散能力，在不增加光源的情况下，进而提升灯具的照度，视结构设计与应用，提升幅度可高达40%～60%。

　　微发泡反射板的正式名称为MCPET(micro cellular PET)．采用PET (polyethyleneterephthalate)为基材进行发泡制程。MCPET具有下列优点：优异的光反射特性、轻巧、抗落下冲、承受高温（在160℃下仍能保持形状）、可利用PET资源回收方式废弃处理、材料未使用有害原料以及表面具有高平滑性等。

　　其中， LED置换工程，古河电工新推出的MCPET R2 GRADE是使用古河电工（株）生产的原材料研发出的天花照明用反光片，照明资质，它是一种将洁净的二氧化碳注入发泡剂后，使用于制造饮料容器等可以循环利用PET树脂发泡到5倍后制成的薄片。它具有出色的光学特点，对可视光的全反射率在99%以上，散射率在95%以上，可以高效地应用于日光灯以及所有使用了冷阴极的照明设备上。而且经过特殊的丙烯加工，和以往的MCPET RB（耐用年限为8年）相比更能经受紫外线的照射，耐用性在10～15年以上。被反射的光之中，99%里面有3%属于镜面反射（光泽），约96% 为众多微细气泡进行反射的漫射（乱反射）。

　　在二次加工方面，可利用裁切、冲压、弯曲加热等方式进行成型。

　　MCPET材料本身的难燃性符合发泡材料UL94-HBF的燃烧标准。此外，由于MCPET材科的绝佳特性,因此对于各波长光LED射能力都能够维持均一性，在有忠实反射光原要求的情况下，3c认证，更能发挥其特长。除了LED以及冷阴极灯管(CCFL)灯具之外，对于室内灯源以及广告灯箱的应用方面，也能够在减少灯管数量的情况下，维持所期望的亮度与照度，进而减少照明电费的支出，达到节约能源的目的。

　　对于采用集成光源的筒灯的光学设计，其设计方法与小功率筒灯的光学设计相似。不同之处在于集成光源的发光面比较小。所以为了使得出光面的光斑比较均匀，就需要加大光源到出光面的距离。这也是我们在市面上看到大部分集成光源的筒灯，其高度比较高的原因。

　　集成光源的筒灯内部光源腔原理和采用小功率的LED筒灯的光学原理是一样的，大部分的光是直接通过透光罩发射到灯具外部的。这里的透光罩仍然是采用透光率较高的材质。为了能够降低整个筒灯的高度，主要是降低反光罩的高度，因为降低了反光罩的高度也可以节省整个灯具的成本’可以利用前面所说的高反射系数的反光板来达到目的。