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【摘 要】目前，LED灯具在使用和设计中存在的问题较多，利用LED新光源优于传统光源的优势特点，尤其利用其有光“无”源——即“只见光，不见源”的特殊优势，改变传统灯具过于工业化、机械化的冷漠感觉；针对其应用范围有限，在家居等方面普及不够，老百姓认可度不高的现象，运用现代设计方法进行改进创新，使多彩多姿的LED光源走进人们的生活。
【关键词】大功率；LED；照明灯具；设计；需要解决的问题；
引言
近年来发光二极管（LightEmittingDiode，LED）取得了突破性的进展，LED光源已成为照明产业发展的一个热点。但目前单颗LED的功率还达不到照明的要求，因此LED路灯必须采用LED阵列。LED路灯主要选用功率为1W的大功率LED作为发光光源，需要进行二次及二次以上的配光设计。另外，无论使用透镜配光还是使用反光器件配光，都会影响灯具的散热效果，而且灯具的机械结构比较复杂。本文就大功率的LED在照明灯具设计中需要解决的问题进行探讨。
一、大功率LED在照明灯具的特点
在西安，不管是大的商场门前、公园里、隧道里，还是各个高档的建筑物上面，LED灯具都是随处可见的，现在就LED隧道灯具进行分析， LED隧道灯优点 ： 反光效率高，透光性好，节能环保。LED与传统隧道照明光源的对比LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，对比传统的道路隧道照明光源（ 钠灯、 金卤灯等） ， LED光源具有如下优势：1.光衰小：在良好的散热条件先，LED前10000h为正光衰， 前10000h光衰为 3 %一10 % ，前50000h基本为30%，这种光源远远低于普通道路照明光源，而且，他发出来的光也非常的稳定。 2.显色性高：一般我们在西安见到的LED光源都是五颜六色的，因为，LED显色性约为 70～80 ，如果在光源上使用三基色荧光粉的话更高；一般高压钠灯为 20～35，低压钠灯更低，所以即便传统光源的亮度高于LED，但是它的视觉效果绝对没有LED灯具的光源好，目前，LED光源应用发展的一个方向就是“不是最亮，但是看的最清楚”。 3.寿命：LED的寿命高于一般道路隧道照明光源，现在普遍高于50000h。4.价格：LED灯头虽然目前价格比传统照明灯具高，但是，它的优点比普通灯具的优点多得多，而且，随着制造技术的成熟，它的价格现在也在一定程度上下降，一般而言，高低压钠灯一般一套价格在2000元左右，除此之外，LED还具有维护系数高、安全性能好、无频闪及节能环保等优势。而且，由于LED球泡灯在结构上要比白炽灯复杂，所以即使在大规模生产的情况下，产品价格也会高于白炽灯，就目前来讲LED球泡灯的价格也高于电子节能灯。但随着越来越多的人认识和接受，以及规模生产的慢慢铺开，LED球泡灯的价格会很快达到电子节能灯的水平。如果在购买的时候算上一笔节能帐，就会发现，即使是现在较高的价格，在使用一年的基础上，初始购买成本+1年电费也要低于白炽灯和电子节能灯。而LED球泡灯目前的使用寿命已经可以高达30000小时。
二、大功率LED照明设计中所需解决的几个问题
1、计算机辅助设计
照明灯具属于非成像光学系统，其配光设计只需从能量传递规律角度进行。LED的光学系统设计包括封装芯片之前LED器件内的光学设计和LED应用时器件外的光学设计[z]。LED器件内的设计涉及芯片、反射镜和封装芯片的光学透镜，一般称为一次光学设计。它主要影响芯片提取光的能力和出射光强度的分布。LED器件外的光学设计又称为二次光学设计，即在一次光学设计的基础上，通过在LED芯片外增加透镜、反射镜等器件来改变光线的路径，从而改变光强的空间分布。光学设计需要追迹大量光线，通常在光学设计软件的辅助下完成。
2、灵活操控玩转创意
利用其灵活、可操控的特点进行设计例如下面这款LED便携式护眼台灯，该设计首先是充分利用LED体小质轻的特点，大幅度地减小产品的体积；其次是利用LED光源的可操控性，设计触控式调光开关，光强可在设定的最佳明视波长范围内自由调节，可以极大地保护视力，预防近视的发生。在造型上由于可以忽略LED点光源本身的体积，因此可以设计成小巧、简约、优雅、輕薄、纤细的形式，方便携带。稳定的底座上还可以临时放置文具，加工制造也非常简单。
3、个性化的设计
在西安，随处可见LED灯具，但是多见的灯具都是不具备个性的设计，它的设计永远都是以前的哪几种样子，没有新意，没有创新，因为，LED的模块化为照明设计带来了便利，我们可以通过设计者的思想，充分合理的使LED处于良好的工作状态，但是，LED的产品在满足个性化照明方面，是依据传统的光源和规格进行设计的，这将不会满足人们对LED灯具的要求，因此LED产品个性化的研发与设计，是所有LED灯具供货商必须要面临的最大挑战。我们必须加大LED灯具的个性化设计，与时俱进，争取满足人们的需要。
4、小功率的设计
在西安，大部分的LED灯具都是大功率的，这样会给城市造成光污染，而且，也不利于节能，因此，在LED灯具设计时，要充分考虑，城市夜景照明追求的不是亮度而是艺术的创意设计，所以，我们应该加强小功率的LED产品的设计，使其达到节能的效果，并且让他们可以更好的被使用到我们的生活中去，由于，LED发光角度小、方向性强，可作局部重点照明，但问题是要给设计师提供有足够大的选择范围，加强外观上个性设计的要求，这样就可以肯定地说LED将会在未来引领照明的时尚与新潮。
5、环保与节能
尽管目前现有的LED技术，已经开始向照明节能方向发展，但仍有少数LED照明并未实现节能与‘绿色照明”理念，而是相违背，因此，在未来设计中，LED技术在照明工程中的应用目标之一，便是“照明节能”，猜想如果能将太阳能与LED技术相融合LED技术的应用范围将更大。 三、基于LED有光“无”源的设计策略
1、从“点光源”出发
首先，从LED的光源本质上来说，它是“点光源”。在物理学上，点光源是指理想化為质点的向四面八方发出光线的光源，这种光源其实在现实中是不存在的，在理想模型当中认为其极微小，因此我们可以忽略其体积质量的存在。LED点光源指的是它以LED（发光二极管）作为发光体的点状光源，与传统光源相比它体积很小、重量极轻，可以看作发光点，因此被称为“点光源”。由于这个特点，它可以灵活制作成各种形状的器件，便于灯具的外观设计，以及光强的分布控制、配套设备的布置。很大程度上它发光时我们看到的是光，可以忽略发光点的存在，也就是说人们可以感受到光亮却“找不到”光源。
2、“光环境”的自由
没有光源的位置可进行“光环境”的自由设计。人和光的关系自古以来就是永恒的话题，不同的光色和亮度对人的生理和心理能产生不同的影响，人们在很多情况下并不需要很亮的白光，一般来说，黄光或其他颜色的光更适合生理和心理的需要。三基色LED可以同时实现人们对亮度、灰度、颜色的连续变换和选择，使得人们普遍的接受这种多彩的光。这样，人们就可以在自己的室内选择自己喜欢的（如颜色、温度、亮度和方向等）来设定所需的照明效果，这样就可以实现人性化的智能控制，为室内营造不同程度上的光感，满足特定的场合环境。可以渲染气氛，满足人们的心理要求。例如，在KTV就可以设置五颜六色的光，可以给人们带来那种愉快的心情，使人们可以更好的融入到那种嗨的气氛，因此，在不同的空间和时间选择设置并控制光的亮度、灰度、颜色的变化，模拟出各种光环境来引导和改善情绪，体现更人性化的照明环境。
结束语
综上所述，LED技术的主要应用领域是照明工程，其自身所具有的节能环保、高效率、高可控以及使用寿命长等特点，让其得到了照明行业的广泛喜爱，以及从LED技术特点入手，分析了LED技术所具备的应用优势，并着重探讨了LED在照明工程中的应用得出了一系列结论希望对同行工作有所帮助。
参考文献：
[1]李华平.大功率LED的封装及其散热基板的研究[D].中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所），2007.
[2]刘宗源.大功率LED封装设计与制造的关键问题研究[D].华中科技大学，2010.
[3]黄天宏.LED照明技术的研究和设计实例[D].湖南大学，2009.
[4]王乐.关于LED应用于照明的研究和设计[D].浙江大学，2005.
[5]程婷.大功率白光LED照明器件中散热问题的研究[D].华中科技大学，2009.
【关键词】大功率；LED；照明灯具；设计；需要解决的问题；
引言
近年来发光二极管（LightEmittingDiode，LED）取得了突破性的进展，LED光源已成为照明产业发展的一个热点。但目前单颗LED的功率还达不到照明的要求，因此LED路灯必须采用LED阵列。LED路灯主要选用功率为1W的大功率LED作为发光光源，需要进行二次及二次以上的配光设计。另外，无论使用透镜配光还是使用反光器件配光，都会影响灯具的散热效果，而且灯具的机械结构比较复杂。本文就大功率的LED在照明灯具设计中需要解决的问题进行探讨。
一、大功率LED在照明灯具的特点
在西安，不管是大的商场门前、公园里、隧道里，还是各个高档的建筑物上面，LED灯具都是随处可见的，现在就LED隧道灯具进行分析， LED隧道灯优点 ： 反光效率高，透光性好，节能环保。LED与传统隧道照明光源的对比LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，对比传统的道路隧道照明光源（ 钠灯、 金卤灯等） ， LED光源具有如下优势：1.光衰小：在良好的散热条件先，LED前10000h为正光衰， 前10000h光衰为 3 %一10 % ，前50000h基本为30%，这种光源远远低于普通道路照明光源，而且，他发出来的光也非常的稳定。 2.显色性高：一般我们在西安见到的LED光源都是五颜六色的，因为，LED显色性约为 70～80 ，如果在光源上使用三基色荧光粉的话更高；一般高压钠灯为 20～35，低压钠灯更低，所以即便传统光源的亮度高于LED，但是它的视觉效果绝对没有LED灯具的光源好，目前，LED光源应用发展的一个方向就是“不是最亮，但是看的最清楚”。 3.寿命：LED的寿命高于一般道路隧道照明光源，现在普遍高于50000h。4.价格：LED灯头虽然目前价格比传统照明灯具高，但是，它的优点比普通灯具的优点多得多，而且，随着制造技术的成熟，它的价格现在也在一定程度上下降，一般而言，高低压钠灯一般一套价格在2000元左右，除此之外，LED还具有维护系数高、安全性能好、无频闪及节能环保等优势。而且，由于LED球泡灯在结构上要比白炽灯复杂，所以即使在大规模生产的情况下，产品价格也会高于白炽灯，就目前来讲LED球泡灯的价格也高于电子节能灯。但随着越来越多的人认识和接受，以及规模生产的慢慢铺开，LED球泡灯的价格会很快达到电子节能灯的水平。如果在购买的时候算上一笔节能帐，就会发现，即使是现在较高的价格，在使用一年的基础上，初始购买成本+1年电费也要低于白炽灯和电子节能灯。而LED球泡灯目前的使用寿命已经可以高达30000小时。
二、大功率LED照明设计中所需解决的几个问题
1、计算机辅助设计
照明灯具属于非成像光学系统，其配光设计只需从能量传递规律角度进行。LED的光学系统设计包括封装芯片之前LED器件内的光学设计和LED应用时器件外的光学设计[z]。LED器件内的设计涉及芯片、反射镜和封装芯片的光学透镜，一般称为一次光学设计。它主要影响芯片提取光的能力和出射光强度的分布。LED器件外的光学设计又称为二次光学设计，即在一次光学设计的基础上，通过在LED芯片外增加透镜、反射镜等器件来改变光线的路径，从而改变光强的空间分布。光学设计需要追迹大量光线，通常在光学设计软件的辅助下完成。
2、灵活操控玩转创意
利用其灵活、可操控的特点进行设计例如下面这款LED便携式护眼台灯，该设计首先是充分利用LED体小质轻的特点，大幅度地减小产品的体积；其次是利用LED光源的可操控性，设计触控式调光开关，光强可在设定的最佳明视波长范围内自由调节，可以极大地保护视力，预防近视的发生。在造型上由于可以忽略LED点光源本身的体积，因此可以设计成小巧、简约、优雅、輕薄、纤细的形式，方便携带。稳定的底座上还可以临时放置文具，加工制造也非常简单。
3、个性化的设计
在西安，随处可见LED灯具，但是多见的灯具都是不具备个性的设计，它的设计永远都是以前的哪几种样子，没有新意，没有创新，因为，LED的模块化为照明设计带来了便利，我们可以通过设计者的思想，充分合理的使LED处于良好的工作状态，但是，LED的产品在满足个性化照明方面，是依据传统的光源和规格进行设计的，这将不会满足人们对LED灯具的要求，因此LED产品个性化的研发与设计，是所有LED灯具供货商必须要面临的最大挑战。我们必须加大LED灯具的个性化设计，与时俱进，争取满足人们的需要。
4、小功率的设计
在西安，大部分的LED灯具都是大功率的，这样会给城市造成光污染，而且，也不利于节能，因此，在LED灯具设计时，要充分考虑，城市夜景照明追求的不是亮度而是艺术的创意设计，所以，我们应该加强小功率的LED产品的设计，使其达到节能的效果，并且让他们可以更好的被使用到我们的生活中去，由于，LED发光角度小、方向性强，可作局部重点照明，但问题是要给设计师提供有足够大的选择范围，加强外观上个性设计的要求，这样就可以肯定地说LED将会在未来引领照明的时尚与新潮。
5、环保与节能
尽管目前现有的LED技术，已经开始向照明节能方向发展，但仍有少数LED照明并未实现节能与‘绿色照明”理念，而是相违背，因此，在未来设计中，LED技术在照明工程中的应用目标之一，便是“照明节能”，猜想如果能将太阳能与LED技术相融合LED技术的应用范围将更大。 三、基于LED有光“无”源的设计策略
1、从“点光源”出发
首先，从LED的光源本质上来说，它是“点光源”。在物理学上，点光源是指理想化為质点的向四面八方发出光线的光源，这种光源其实在现实中是不存在的，在理想模型当中认为其极微小，因此我们可以忽略其体积质量的存在。LED点光源指的是它以LED（发光二极管）作为发光体的点状光源，与传统光源相比它体积很小、重量极轻，可以看作发光点，因此被称为“点光源”。由于这个特点，它可以灵活制作成各种形状的器件，便于灯具的外观设计，以及光强的分布控制、配套设备的布置。很大程度上它发光时我们看到的是光，可以忽略发光点的存在，也就是说人们可以感受到光亮却“找不到”光源。
2、“光环境”的自由
没有光源的位置可进行“光环境”的自由设计。人和光的关系自古以来就是永恒的话题，不同的光色和亮度对人的生理和心理能产生不同的影响，人们在很多情况下并不需要很亮的白光，一般来说，黄光或其他颜色的光更适合生理和心理的需要。三基色LED可以同时实现人们对亮度、灰度、颜色的连续变换和选择，使得人们普遍的接受这种多彩的光。这样，人们就可以在自己的室内选择自己喜欢的（如颜色、温度、亮度和方向等）来设定所需的照明效果，这样就可以实现人性化的智能控制，为室内营造不同程度上的光感，满足特定的场合环境。可以渲染气氛，满足人们的心理要求。例如，在KTV就可以设置五颜六色的光，可以给人们带来那种愉快的心情，使人们可以更好的融入到那种嗨的气氛，因此，在不同的空间和时间选择设置并控制光的亮度、灰度、颜色的变化，模拟出各种光环境来引导和改善情绪，体现更人性化的照明环境。
结束语
综上所述，LED技术的主要应用领域是照明工程，其自身所具有的节能环保、高效率、高可控以及使用寿命长等特点，让其得到了照明行业的广泛喜爱，以及从LED技术特点入手，分析了LED技术所具备的应用优势，并着重探讨了LED在照明工程中的应用得出了一系列结论希望对同行工作有所帮助。
参考文献：
[1]李华平.大功率LED的封装及其散热基板的研究[D].中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所），2007.
[2]刘宗源.大功率LED封装设计与制造的关键问题研究[D].华中科技大学，2010.
[3]黄天宏.LED照明技术的研究和设计实例[D].湖南大学，2009.
[4]王乐.关于LED应用于照明的研究和设计[D].浙江大学，2005.
[5]程婷.大功率白光LED照明器件中散热问题的研究[D].华中科技大学，2009.