《LED照明技术原理》课件.ppt

*************************************散热材料选择材料类型热导率(W/m·K)主要优点主要缺点典型应用铝合金150-230成本低，重量轻热导率一般普通照明产品铜380-400热导率高价格高，重量大高端照明产品氮化铝陶瓷170-230导热好，绝缘性佳成本高，加工困难大功率LED基板石墨材料1000-1800平面导热极佳各向异性，脆性散热片和均热板金属基板是LED封装和模组的常用基材，铝基板因成本低、重量轻而广泛应用，通常采用铝基-绝缘层-铜箔三层结构。铜基板热性能更佳但价格高，常用于高端产品。陶瓷基板如氮化铝(AlN)和氧化铝(Al?O?)具有良好的导热性和电绝缘性，适合高可靠性应用。石墨材料近年来因其超高的平面热导率（可达铜的4-5倍）受到关注，特别适合热扩散应用，但垂直方向导热性较差。新兴的纳米材料如碳纳米管和石墨烯，尽管理论热导率极高，但在实际应用中仍面临分散性、界面热阻等挑战。第九章：LED光学设计透镜设计控制光束发散角度和分布反射器设计重定向光线实现特定配光二次光学系统优化光输出效率与分布LED的原始发光特性往往不能直接满足照明需求，需要通过精心设计的二次光学系统进行光束整形和控制。有效的光学设计可以提高光利用效率，减少眩光，并实现所需的光强分布模式。光学元件的设计需要综合考虑LED光源特性、光学原理和应用需求，通过反射、折射、全内反射等光学现象，将LED发出的光引导到需要照明的区域，实现高效、舒适的照明效果。二次光学系统光学效率二次光学系统的效率指通过系统的光通量与LED原始光通量之比，是评价系统性能的关键指标。影响效率的因素包括材料的透光率、反射率、表面质量和光线路径长度等。高品质光学级PMMA或PC材料的透光率可达92%以上，而镀铝反射表面的反射率通常在85-95%之间。现代LED二次光学系统的总效率通常在80-90%范围内。配光曲线控制配光曲线描述了光源在不同方向的光强分布，是照明设计的核心参数。通过精心设计的二次光学系统，可以将LED的朗伯分布转变为特定应用所需的配光，如道路照明的蝙蝠翼形配光、投光灯的窄角配光或室内照明的宽角配光。现代光学设计软件如LightTools、TracePro等可辅助优化光学系统，模拟预测配光性能。眩光控制眩光是照明系统的常见问题，会导致视觉不适和效率降低。通过二次光学设计，可以有效控制眩光，提高视觉舒适度。常用方法包括采用微棱镜阵列漫射光线、使用格栅或百叶窗限制特定角度的光输出，以及设计特殊的光学曲面重新分配光强。在统一眩光值(UGR)评价体系中，高品质室内照明通常要求UGR19。反射器设计抛物面反射器抛物面反射器是最常用的反射器形式之一，其几何特性使得从焦点发出的光线反射后形成平行光束，适合远距离照明应用。抛物面方程为y2=4fx，其中f为焦距。当LED光源置于焦点时，反射后的光线平行于轴线；当光源前移时，形成发散光束；后移则形成会聚光束。实际应用中，由于LED并非理想点光源，抛物面反射器通常需要修正设计以获得最佳光束控制效果。复合反射器复合反射器结合多种曲面（如抛物面、椭球面、双曲面等）的特性，可以实现更复杂的光强分布控制，适合特定应用场景的定制化照明需求。例如，椭球面反射器可将一个焦点的光反射到另一个焦点，适合聚光应用；自由曲面反射器则通过非对称设计控制光线分布，适合街道照明等场景。现代光学设计常采用计算机辅助优化方法，通过迭代计算得到最符合目标配光要求的复合曲面方程。漫反射设计漫反射设计利用表面微观结构散射光线，使光均匀分布，减少眩光，提高视觉舒适度，常用于室内照明和间接照明场景。常见的漫反射材料包括白色涂层、微结构光学薄膜和微珠阵列等。理想漫反射体遵循朗伯余弦定律，但实际材料通常表现为定向漫反射特性。漫反射设计虽然会降低一定的光学效率，但可显著改善光质量，通过优化微结构设计，现代高品质漫反射材料的效率可达85%以上。透镜设计全内反射透镜全内反射(TIR)透镜结合了折射和全内反射原理，是现代LED照明中最常用的光学元件之一。典型TIR透镜由中心折射区和周边反射区组成，可有效收集大角度光线，形成高度可控的光束。相比传统反射器，TIR透镜体积更小，效率更高，典型光学效率可达90%以上。菲涅耳透镜菲涅耳透镜通过将传统球面透镜的曲面分割成一系列同心环，大幅减少厚度和重量，同时保持类似的光学性能。这种透镜特别适合大尺寸、轻量化应用，如户外探照灯和投影设备。现代菲涅耳透镜的制造精度不断提高，微结构菲涅耳透镜可实现精细的光束控制和特殊的光分布效果。自由曲面透镜