LED灯具与配光曲线

艾劼

LED光源由于其低能耗、高光效的特性用于照明领域，伴随技术进展，这类照明被布设在多区段的用户之中。灯具凸显了节能优势，使用年限很长。这类灯具照射出来的灯光颜色可变性很高，如果配光方式灵活运用得当，加之节能的独特优势，在各类环境照明中可以广泛应用。也是由于LED光源的直射特点，在灯具上如何设计科学合理的配光及其重要。灯具发光特性密切关系着照明光源、透光以及反光、各类调光配件，对于灯具最终的配光曲线，影响非常巨大。LED这种新型光源灯具的选取，不可脱离配光曲线的选择。

一、解析配光曲线

配光曲线：它是指光源（或灯具）在空间各个方向的光强分布。配光曲线一般有三种表示方法：一是极坐标法：在通过光源中心的测光平面上，测出灯具在不同角度的光强值。从某一方向起，以角度为函数，将各角度的光强用矢量标注出来，连接矢量顶端的连接就是照明灯具极坐标配光曲线。如果灯具是有旋转对称轴，则只需用通过轴线的一个测光面上的光强分布曲线就能说明其光强在空间的分布，如果灯具在空间的光分布是不对称的，则需要若干测光平面的光强分布曲线才能说明其光强的空间分布状况。二是直角坐标法：对于聚光型灯具，由于光束集中在十分狭小的空间立体角内，很难用极坐标来表达其光强度的空间分布状况，就采用直角从配光曲线表示法，以竖轴表示光强图I，以横轴表示光束的投角，如果是具有对称旋转轴的灯具则只需一条配光曲线来表示，如果是不对称灯具则需多条配光曲线表示。三是等光强曲线：将光强相等的矢量顶端连接起来的曲线称为等光强曲线，将相邻等到光强曲线的值按一定比例排列，画出一系列的等光强曲线所组成的图称为等光强图，常用的图有圆形网图，矩形网图与正弧网图。

在照明运用中，配光曲线描画了某一灯具平日内的发光强度，识别空间分布。在本质内涵上，这类曲线表达着灯具照射出来的光在设定空间以内的分布形态。具体而言，在各个方位角度，选取矢量来描画出三维架构下的光线强度，解析灯具特性。衔接矢量终端，以便构建密闭情形下的光强体。构建起来的坐标系，含有三重的轴线。若Z轴切割了这样的光强体，平面就折射出密闭态势下的相交线条。在这类线条中，含有多重的极坐标，描绘配光曲线。

二、LED特点

从现状看，LED这样的光源涵盖了多类光线，主要发射白光。在照明技术中，可在初始的芯片之上添加淡黄色这样的荧光粉。经过这种填涂，蓝光可激发这样的荧光粉，产生黄绿色光。它混同着白蓝色这样的光线。荧光粉特有的制备技术凸显了垄断的倾向，光源平常的色温并不十分适宜。同时，在不同区段内，人们体悟出来的色温并不等同。为此设计灯具，要考量不同地段内的场合特性，筛选色温区段，求得最佳色温。常见的色温取值有如下的类别：

第一类别，是暖色调这样的光线。这类光线色温被控制于3300K。暖色调光很近似平日常用的白炽灯，含有偏多红光。这种光泽照射有着温暖适宜的感受，适合住宅宿舍、宾馆及病房场合。温度偏低场合，也可布设这一光源。

第二类别，是偏白色调的暖光，即正白色的光。这类光线色温超越了3300K，但没能超出5300K。这类光线偏柔和，带来愉悦感受。这类光源可被布设在办公场合、饭店及商场、候车室及餐馆。

第三类别，是偏冷色调光线，也称日光色。对于这类光源，它超出了5300K这一层级的色温。光源近似日光，有着明亮感受。它能聚集精力，适合集中办公。通常情形下，日光色适宜会议室及教室、办公室及图书馆、展览馆内橱窗。白炽灯特有的色温常被设定为2800K；日光灯常常为5900K。钠灯表现出来的色温，大约1900K。

三、应用介绍

（一）灯具总体效率

现今状态下，环保及节能正在被注重。设计节能灯具，是照明范畴内的侧重点。对于照明而言，在条件准许时可筛选最为高效这样的光源。此外，考量灯具成效，也是重要方面。在同等状态下，灯具成效被设定成一个比值，它等同总体的光通量除以发射出来的各类光源光通量。这类运算比值，即灯具特有的光输出比值。依照效率内涵，先要算得有效范畴的光通总量。对于对称灯具，要识别多样情形之下的配光曲线。对于光通量，采纳不同流程以便运算。在推导公式内，依照现有信息，即可推算得来平面夹角区段之中的光通总量。这类运算流程，是针对点光源。

必备的数值含有发光强度、总体的光通量、立体角度数值。通过识别运算，可得光轴构建起来的平面。立体角包围着这一球面，算出它的半径、总体的平面角，即可识别出这一区段的光通量。應当注重的是，光通量不可被看成单一的函数。这是由于，经由实地测定，才可描画出精准的这类曲线。为此，不可直接积分，应把总体的圆弧细分成多重的等份。每份要足够小，这种状态之下的照射强度可被设定成常量。在任何等份内，算出区域之中的光通量。在这以后，对于各类等份，算出光通总和，求得真实态势下的灯具光通总量。

真实运算时，可粗略选出10°特有的角度，把它看成等份。选取等份越小，算得的数值就越为精准。经过慎重运算，能够明晰灯具发散出来的真正光通量。这类总光通量、灯具发散着的一切光源，二者比值即被设定为总的效率。

（二）工作面总体照度

在照明规范内，照度不可缺失。安装灯具以后，即可定量辨识这样的照度。计算这类照度，可分出如下的情形：第一类情形，是在设定好的平面之上，算出某一点对应着的直接照度；第二类情形，在给定平面内，计算平均照度。照度含有双重的部分，包含直接照度、反射得来的间接照度。

运用配光曲线，求得平面特有的直接照度。运算这样的照度时，光源可被拟定为精准的点，称为点光源。从理论层级看，点光源被看成很小的体积。这类真实光源，都会拥有体积。模拟计算之中，只要测得点光源特有的最大间隔，再去乘以5倍，即可把空间架构内的某一点确认为本源的点光源。可以简化运算，忽视数值偏差。建筑物配有的各类照明，多数布设了悬吊构架，选取吸顶安装。经过这种安装，灯具特有的光轴就被设定为竖直。在这类空间内，要识别出水平方位的总照度、对应着的竖直照度。

例如：点光源布设的正下方，含有平面A点，设定了E的照度。I为这一方位的总发光强度，h是光源特有的平面高度。这种情形假定光源被布设在正下方，只是特殊情形。这是因为，点光源发射出来的各角度光线，都含有垂直的。然而，常规情形下的照度点，光线并非垂直，而是有着某一入射角度。从这一角度看，照射进来的光线及原有的竖直朝向，二者含有倾斜角。点光源下侧布设的水平面，可形成水平方位的照度、对应的垂直照度。

四、选取运算实例

某普通办公室，工作面上侧固有的2米之处安设了LED这样的灯具。灯具平日输出来的光线可超出1200lm。识别了工作面可以接纳的照度是否吻合规格。在灯具正下侧筛选了A点。这点偏离了竖直的方位，倾斜30°角。必备的查验点被设定成B。依照配光曲线，算得了600cd这样的下侧发光强度。偏离这一方位，发光强度被变更为670cd。灯具特有的光输出，包含1200lm。算出来的照度，含有AB两点。

依照办公室拟定的照明指标，识别了墙面及顶棚特有的反光强度。经过解析可得：办公室现有的这种照度并没能符合指标。化解这类难题，可以添加同类的灯具，或者增添初始的光源功率。经过这种变更，增添了灯具输出来的真实光线。重新设定运算，直至符合照度。

五、确认光线通量

LED这样的灯具，也要辨识总的光通量。识别光线通量，还是偏复杂的。这类光线通量紧密关系着流动照明真实的维持率，还关联着外在的反光罩、地表反射系数、灯具维护系数。灯具真实效率、总体范畴内的灯具输出，含有总光通量、灯具发射出来的所有光通量二者的比值。由此可见，唯有增添单一光源初始的流明系数，才可增添整体框架内的灯具实效。

对于道路灯具由于其在户外安装的环境条件较为恶劣，还应考虑维护系数。维护系数是在经由某一照明时段以后，表面层级内的平均照度、同等状态新安装上去的这类灯具照度比值。对于某些路段，初始的反射系数偏高。在条件准许时，可以缩减设定好的总光通量。在照明状态下，也会产生眩光。这类眩光是指：若物体凸显的亮度远远超出了可接纳的常规亮度，就会目眩头晕，带来不适感受。眩光缩减了应有的可见度，干扰路段行车。在进行道路灯光配光和工程设计时，尤其应当注重。

总的灯具通量，是在最小范畴的功耗情形下，获取更高数值的流明数。这类流明系数，关系着单一的光通量，也关系着LED这类灯具被布设的间隔、维护及配光体系。由于LED灯具属于新产品，为此运算时，还应参照惯用的光通量、现有灯具指标。

总体的光通量，等同单一光源独有的光通总量乘以系数及光源数目。在这之中，灯罩特有的总透光率、配光体系系数，都关系着平日内的透光损耗。对于白玻璃制备成的LED灯，常常可以测得89%这一透光率；对于PC材质，可测得94%的总透光率。构建配光系统，可选取透镜或者反光罩；二者表征的光线损耗，分别含有14%及17%。

六、选取最优光源

对于LED灯，封装光源结构、灯具自带的功率都含有差异。为此设计灯具，应能描画明晰的曲线。结合安设场合、灯具固有构架，筛选适当光源。在现有类别中，选取LED范畴中的多样灯具，要注重如下的事项：

（一）偏小功率光源

从常规情形看，LED特有的白光阵列，含有几十颗这样的光源。这些同类光源可被直接安设在铝基板之上，或焊接至PCB材质的板面上。光学设计简易，耗费热能并不很多。例如：家居惯用的球泡灯、草坪布设的照明灯、各类地灯及管灯都被设定成这一类别。

（二）偏小贴片灯具

这类灯具自带的功率还是偏小的，同时配有贴片。贴片被封装后，用回流焊把它们衔接至铝基板特有的条形之中。这类灯具运用，含有背光照明、条形状态下的荧光管灯。对比草帽光源，这类LED灯常常直接发散出光源，不再经由二次的配光。

（三）大型基座照明

在多样工程中，常会用到此类。LED灯含有偏大规模的常用灯具，它们适宜亮度偏高的建造场合。这类基座光源，含有隧道灯及路灯、各类投光灯具。对于这类光源，应当布设多个，才可满足照明。这类光源凸显了稳定的优势，自带优良性能；与此同时，它们表现出来的总功率也是最大的，运用趋向成熟。1W及3W特有的封装都常被采纳。受到封装影响，光源布设的强度很近似点状光源、蝙蝠羽翼形态。光源出光角度被测定为70°。

对于大型路灯，若仍旧选取汇聚态势下的光源以便照明，就很难凸显出冷光源独有的优点。为此，经由接续的光学设计，才会符合指标。受到角度限制，半光强这样的角度没能超出130°。组合各类光源，也很难吻合设定好的路面照明，因为路段并不均匀。为此，若要布设偏大功率特有的灯具来照明，则应搭配着专用情形下的透镜，或搭配反光罩，采纳二次光学这样的处理。

（四）芯片集成灯具

LED特有的芯片集成，在给出来的面积内可封装多样的芯片。这些芯片彼此并联及串联，设定额定电压、额定数值的电流。这就吻合了平日常用的驱动电路，提升整体效能，缩减耗费金额。考虑多点发光，配光曲线会变得偏复杂。

结语

燈具配光曲线，含有多重的必要信息。解析这类曲线，可选出最优的灯具、设定照明数量、算出操作参数。曲线对于常规情形下的灯具布设、其他配套操作，都凸显了指引的价值。从现有状态看，灯具类别渐渐变得更多。对于同类灯具，也可筛选多样的类别。为此，唯有明晰配光曲线，才可识别出光源自身的控光特性及发光特性。正确辨别LED特性的各类灯具，才能在各类照明应用中获得最佳照明效果。

（作者单位：四川省产品质量监督检验检测院）