特性测量 - 工程师详析:高功率LED照明灯具的光学设计

　　LED灯具的特性评鉴

　　研究人员为进行各种条件的实验，根据以上设计试作大型照明灯具，接着在光学平台（Bench）上进行配光量测、照度不均、色不均进行评量。图10是试作照明系统的实际外观。

　　

　　配光量测

　　配光量测的照射距离为3m，依此量测照射壁面时的照度，接着针对目视与配光量测结果进行评鉴。图11是照射距离3m，4种照射直径时的配光特性测试结果，由图可知新世代大型照明灯具可以获得低照度不均、良好的配光特性。此外3m照射距离的中心照度，0.9m最小照射直径与1.5m最大照射直径时，可以获得570流明（lm）与300流明（lm）实用等级的照度与配光特性。

　　

　　色不均特性

　　如上述蓝光发光二极管组合钇铝石榴石荧光体的白光发光二极管，结构上发光二极管芯片产生的蓝光配光特性，与蓝光激发组合钇铝石榴石荧光体产生的黄光配光特性不同，因此随着照射角度颜色会改变。

　　新世代大型照明灯具的光学系统使用镜片数组与聚光镜片，除了可以使光线高效率收敛至开口处之外，还能够使发光二极管产生的光线均匀化（Homogenizing），有效消除照射光的色不均匀现象。

　　如图12所示发光二极管单体的场合，中心部位的色度分别是x=0.2742，y=0.2831比较偏蓝色，距 离光轴16°的位置x=0.3114，y=0.3704，周边部位30°的位置x=0.3358，y=0.3745，随着角度不同色度变化非常明显，即使目视都可以分辨照射光中心部位与周边部位颜色差异。

　　

　　新世代大型照明灯具的光学系统使用部份开口进行投影，变倍的广角端（Wide）照射角度为16°。虽然理论上无法进行角度与LED单体相同比较，不过基本上周边部位与中心部位的比较，可作相同色不均匀的评鉴。

　　新世代大型照明灯具的中心部位色度x=0.3220，y=0.3252，中间部位亦即距离光轴5°位置的色度x=0.3247，y=0.3294，周边部位10°的位置x=0.3128，y=0.3178，与发光二极管单体比较时，角度造成的色度差异明显减少。

　　结语

　　以上介绍高功率白光发光二极管构成的新世代配光控制型大型照明灯具的特性。研究人员透过设计、试作，解决高功率白光发光二极管构成的大型照明灯具配光控制问题点，获得无照度不均而且非常柔顺的配光分布特性。

　　此外新世代配光控制型大型照明灯具使用的光学系统，可以有效改善色不均现象，今后将进行详细的发光二极管内部模型化，进行将蓝光与荧光体纳入考虑的光学系统仿真分析。由于光学系统对混色非常有利，而且使用单色发光二极管的照明灯具，可以获得高效率、立体影像的全像（Hologram）再生照明，因此研究人员计划制作组合单色发光二极管，开发全彩、无色不均的照明灯具。