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光学设计在大功率LED 道路照明上的应用 曹正芳、华伟兵、范宝平、肖从清 九洲光电LED技术研究中心 九洲光电LED技术研究中心简介： 九洲光电LED技术研究中心成立于2007年5月，直属四川 九洲电器集团国家企业技术中心,是国内第一家LED国家 级企业技术中心。 该中心现有各类研发技术人员60余人，其中博士4人、硕 士2人、本科16人、专科18人；所涉及专业领域涵盖材 料、电子工程、外观设计、模具结构、工艺美术、电子 电源、软件设计等。 该中心同时与国内及香港众多大学及科研机构建立了技 术交流平台和联合实验室。 内容： 一、 引言 二、 大功率LED 三、二次光学设计 四、道路照明应用 五、结语 一、 引言 • 半导体照明（发光二极管，LED）是新型高效固体光源，具 有节能、环保和长寿命等显著优点,将导致世界照明工业的 转型和新兴半导体照明产业的崛起。 • 半导体照明是节能的“富矿”，同样亮度下耗电仅为普通白 炽灯的1/10，节能灯的1/2，用寿命却可以延长上100倍。 • 随着LED技术的快速进步和新的应用不断出现，在特殊照明 领域节能效果已经显现。如景观照明（替代霓虹灯）节能 70%、交通信号灯（替代白炽灯）节能80%，如能在2010年进 入普通照明，节能的效果将更加显著。 二、 大功率LED 1. 术语解释 从消耗功率来讲，我们通常把毫瓦级LED称为小功率， 把瓦级LED称之为大功率。 2. 目前通常所见的大功率LED分为单芯片大尺寸和多芯片 小尺寸组合两种。 三、 二次光学设计 1. 术语解释 发 光 角 度： 又称功率角度，通常我们使用半功率角度， 即50%发光强度的角度，记作2θ1/2。 照 度 ：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（lx）。单位：勒克斯（lx）。 照明功率密度：单位路面面积上的照明安装功率（包含镇流器 功耗） 。 2. 技术背景 现在的交通道路照明设计通常采用常规光源的配光曲 线呈广角度圆周正态分布，而现在道路照明设计大都采用 单侧照明，这样就会造成局部光源浪费在屋边照明的地方; 另外因为依照现在的交通照设计标准，道路方向路灯间距 一般是3倍于灯高，从而造成有些光源无法照明的黑暗地 带。这不仅造成能源的浪费，也给夜间行驶带来很大的不 便，产生安全隐患。 传统路灯路边照明过多浪费 传统路灯的灯间不匹配形成照明暗区 3. 光学设计原理 （1） 为解决上述问题，本文通过设计一种光学透镜，并封装在 大功率LED光源上，通过该透镜对光源的发光方向作出改变， 使其传播方向发生偏移，以达到提高灯具的照明利用率，保证 夜间行车安全的目的。 根据光的折射定侓，光线在经过不同的传播介质时，会在 介面上发生传播方向的偏移，偏移的方向同入射角度及所经过 的传播介质的折射率有关。光的折射率公式： n1sinθ1 = n2sinθ2 ,其中，n1和n2分别是两个介质的折射率，θ1和θ2 分别是入射光（或折射光）与界面法线的夹角，叫做入射角和 折射角。 3. 光学设计原理 （2） 本文设计的透镜顶部是一个倒圆角的矩形，此矩形与 水平面保持一定的斜度，通过光线的折射成为达到光线偏 移的目的。 透镜装配在LED支架上，支架上固有大功率LED晶片。 透镜的表面上可以增镀增透膜，在透镜与晶片间的空腔采 用耐高温硅胶灌封，以减少光线在空腔中的多次反射，直 接通过透镜折射出去。 此款透镜相对常规LED透镜来说，起到偏光增透作 用，相当于二次光学透镜与一次透镜融为一体。 1.透镜 2.晶片 3.LED支架 4.光学增透薄膜 5.出光光线 Ray Trace