Оптика для светодиодов
Линзы для светодиодов-Как подобрать оптику для светодиода?
Мы часто говорим о светодиодной оптике,в этот момент мы склонны думать о прозрачной пластиковой линзе, которая помещается поверх самого светодиода для фокусировки или распространения света. На самом ли деле это так.
Давайте сделаем шаг назад и посмотрим на сам светодиод. Видите этот маленький защитный купол над диодом? На самом деле это называется первичной оптикой, которая служит для защиты и формирования выходного светового потока маленького диода. Свет от первичной оптики светодиодов все еще слишком широк для большинства светильников и ему не хватает интенсивности на большом расстоянии. Вот почему большинство светодиодных светильников используют вторичную оптику (линзы, отражатели, оптику МДП и т. Д.), Чтобы собирать весь этот свет и увеличивать его интенсивность по направлению к освещаемому объекту. Создание линз и отражателей для светодиодов (полупроводниковое освещение) сильно отличается от простого масштабирования других источников света. Это может показаться логичным способом их создания, поскольку светодиоды имеют гораздо меньшие форм-факторы, чем другие источники света, но они также различаются по тому, как они излучают свет.
Как видно из ламп накаливания, они светятся на 360 градусов, но светодиоды имеют направленное освещение, освещая только на 180 градусов. Это связано с конструкцией светодиода, как можно видеть на изображении,светоизлучающий диод состоит из одного или нескольких кристаллов, установленных на теплопроводном материале, с первичной оптической оболочкой, охватывающей кристалл. Следовательно, максимальный угол наклона светодиодов составляет 180 градусов, так как подложка находится на задней стороне матрицы.
Как подобрать линзу для светодиода.
Подробнее разберем как подбирать линзы для светодиодов. Все наши примеры будут отталкиваться от потребности создать правильный световой эффект, а уже потом учитывать характеристики светодиода. Все примеры будем приводить на примере линз Ledil.
Линзы для светодиодных светильников Ритейл.
Одним из ключевых элементов хорошего светильника -это его оптическое управление, которое направит свет именно туда, где это необходимо. Количество необходимых светодиодов может быть легко уменьшено, и желаемые конечные результаты могут быть достигнуты с использованием более энергоэффективных светодиодов. Это приводит к явной экономии средств и энергии на этапе установки и обслуживания. Вы можете даже иметь более высокую монтажную высоту и легче скрывать светильники и их источники света, при этом создавая равномерное освещение без огрехов. Но создание контраста между различными продуктами или областями в магазине, соблюдение определенных требований к однородности или яркости и получение максимальной эффективности от светодиодов — все это напрямую связано с используемой оптикой.
Перед нами непростая задача равномерно распределить световой поток по торговым стеллажам не растрачивая световой поток на пол и окружающее пространство.
Для достижения такого светового эффекта применяют светодиодные линзы Ритейл для SMD плат. Например FLORENCE-ZT25.
Возможно вам будет интересна наша статья про освещение торговых залов
Освещение торговых залов
Линзы для COB светодиодов. Оптика для освещения магазинов одежды.
Освещение магазинов одежды, пожалуй самый лучший пример. Именно в магазине одежды используя качественную и правильную оптику можно получить качественное освещение.
Как правило большинство трековых светильников имеет источник света COB LED.
Для светодиодов COB LED стоит использовать фокусирующую линзу с мягким рассеивающим эффектом. Например линза OLIVIA-S.
Используя линзы такого типа вы добьетесь фокусировки света с мягким рассеивающим эффектом по краям. Это нужно для того чтобы создать эффект равномерной засветки без резких градиентов. То есть если вы поставите в ряд несколько трековых светильников и распределите направления света от них вдоль стены, вы не получите ярких пятен и темных зон. Освещение будет равномерным.
Световые эффекты от линз c COB LED на примере.
Линзы для светодиодных светильников офисного освещения или концепция темного света.
Светодиоды, которые настолько скрыты, что вы едва видите источник света, можно назвать темным светом. Таким образом, в основном вы можете видеть свет, но не источник, если вы не стоите прямо под ним и не смотрите вверх. Конечно же))).
Темный свет создает более естественное настроение, потому что вы не можете видеть сам источник света, создавая тем самым ненавязчивое, не слепящее освещение. Вместо того, чтобы яркие области света доминировали над пространством, светильники темного света могут использоваться для создания скрытой установки освещения, где трудно заметить, откуда исходит свет. Благодаря сдержанному освещению, особенно в сочетании с непрямым освещением, можно создать гармоничную, естественную атмосферу освещения. Здесь светильники темного света предлагают идеальное решение. Диаграмма ниже представляет типичное поле зрения. Центральная область представляет собой область, в которой изображение наиболее остро для глаза. У среднего человека горизонтальное периферическое зрение составляет приблизительно 90 градусов. Однако вертикальное периферическое зрение составляет менее 60 градусов.
На следующей диаграмме человек А не может видеть светильник и, следовательно, не источник света, поэтому блики не являются проблемой. Человек С стоит вне луча света, то есть за темной границей, и не может определить источник света, даже если он может видеть светильник. Человек B может видеть светильник, и он может видеть некоторую умеренную интенсивность света, учитывая, что свет ограничен, чтобы не вызывать блики выше предела потенциального угла блика.
Светильник можно классифицировать как «темный свет» только в том случае, если он удовлетворяет требованиям для ограничения темноты, что означает, что угол обзора не должен превышать 200 кд / лм 2 выше 60-градусного угла обзора.
Офисный светильник с специализированной не слепящей оптикой
DAISY — Линейное решение для офисного освещения премиум класса. Часть концепции Dark Light LEDiL с UGR
Обзор оптических систем для LED
Задача оптической системы, используемой в паре со светодиодом — как можно более рационально распределить световой поток в пространстве. Правильно подобранная оптика позволяет существенно увеличить плотность светового потока диода и более точно приспособить его работу для решаемой технической задачи. На сегодняшний день представленные на рынке оптические системы охватывают достаточно широкий спектр применения светодиода: от точечной индикации до приборов основного освещения. Притом, оптика позволяет выстроить не только круговой, но и протяженный эллиптический фронт излучения.
Описываемые оптические системы делятся на два основных типа — линзовые и отражательные. Все они создают различные диаграммы направленности излучения в пространстве. Параметр, отображаемый диаграммами, есть эффективный телесный угол светового потока, то есть угол, внутри которого распределено не менее 50% всего излучения. Наиболее часто встречаемые среди диаграмм следующие:
- узкая диаграмма — угол эффективного излучения 5-20° (см. рис. 1);
- средняя диаграмма — угол эффективного излучения 20-50° (см. рис. 2);
- широкая диаграмма — угол эффективного излучения от 50° (см. рис. 3).
Рис. 1. Узкая диаграмма направленности
Рис. 2. Средняя диаграмма направленности
Рис. 3. Широкая диаграмма направленности
Очевидно, что при использовании оптических систем с более широкой диаграммой направленности сила света будет ниже, снизится и освещенность. Происходит это из-за рассредоточения светового потока на сравнительно большой площади. Следовательно, при выборе следует учитывать зависимость между площадью освещаемой поверхности и значением силы света системы. Если значение силы света при применении одного светодиода недостаточно, разумно применить системы с тремя, пятью и более светодиодами.
Важным параметром также является собирательная способность систем. Это отношение светового потока внутри угла эффективного излучения ко всему световому потоку, прошедшему через систему. Выраженная в процентах, эта величина часто обозначается как оптическая эффективность. Хорошим значением эффективности следует считать величины от 75% и выше. У линзовых систем, как правило, они меньше. Это связано с тем, что свет, проходя через линзу, дважды пересекает границу раздела двух оптических сред. Поэтому, выбирая систему с узкой или средней направленностью, следует помнить о том, что отражатель может быть эффективнее линзы.
Компании, представленные в этом обзоре, — всемирно известные производители оптических систем для полупроводниковых источников света. В их номенклатуре можно найти не только стандартные решения, но и оригинальные и узкоспециализированные. Если же требуется эксклюзивное изделие, стоит только сформулировать техническое задание и начать диалог.
Линзовые системы компании LEDIL
TWIDDLE — это совершенно новая разработка компании LEDIL. Уникальность конструкции состоит в использовании двухкомпонентной линзовой системы, в которой последняя линза имеет степень свободы. Такое решение позволяет наклонять излучение на ±15° от нормали. Для равномерного распределения излучения задействованы матовые линзы. Система TWIDDLE прекрасно передает белый и теплый белый цвета. Базовые светодиоды — системы NICHIA серия 083.
Специфическим продуктом следует считать и линзу-призму CAT. Ее диаграмма рассчитана так, что излучение рассекается на два фронта в горизонтальной плоскости. Визуально это выглядит как две вертикальные равнояркие полосы со средней диаграммой направленности по горизонтали каждая. Эта оптика заявлена для применения с OSRAM OSTAR, но также вполне совместима с такими светодиодами, как CREE XLamp XR-E, Seoul Semiconductor P4 и Acriche, Luxeon K2, однако в последнем случае требует специального позиционирования. Поликарбонат, из которого изготовлена линза-призма, обеспечивает хорошую диффузию светового потока и работает при температуре до 135°С. Устанавливается CAT при помощи двух винтов.
Цилиндрическая линза FLARE создана для обеспечения широчайшей диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Угол эффективного излучения по горизонту составляет 160°, что позволяет создавать круговой фронт при использовании нескольких таких линз. FLARE работает со светодиодами Luxeon I, III и К2 и крепится при помощи двух винтов.
Миниатюрная прямоугольная линза SNOWWHITE — это хорошее дополнение к Luxeon PWT. Рассчитанная на диаграмму средней направленности, она создает равномерное и сбалансированное свечение по всему периметру прямоугольника. Линза изготовлена из акрила и обеспечивает высокую оптическую эффективность > 80%. Устанавливается SNOWWHITE на два миллиметровых отверстия в плате.
LISA разработана для применения в паре с OSRAM Platinum Dragon. Ее миниатюрный корпус (менее 11 мм в диаметре) крепится прямо к платформе светодиода. Оптика имеет только среднюю диаграмму направленности и эффективность 80%. Приоритет этой системы — высокая точность передачи белого цвета.
TINA так же, как и LISA разработана для светодиода Dragon. Широчайшая диаграмма направленности (72°) и высокая передача белого — вот визитная карточка TINA. В отличие от LISA оптика бескорпусная, и имеет чуть большие габариты. Оптическая эффективность полимера, применяемого здесь — 80%.
Серия LE1 предназначена для светодиодов Ledengin 5W. Ее сильные стороны — это передача белого и сверхвысокая эффективность >90%. Доступны три диаграммы направленности, для узкой диаграммы существует версия с более диффузным рассеянием. Конструктивно LE1 представляет собой корпусную систему, устанавливаемую только с помощью клеящих средств на эпоксидной или полиуретановой основе.
Серия APOLLO представлена рядом бескорпусных систем с четырьмя диаграммами направленности. Базовые светодиоды — Luxeon I, III и К2. По запросу доступны версии с металлизированной задней поверхностью линзы. Такое решение позволяет увеличить светоотдачу за счет полного отражения блуждающего по линзе света в сторону выхода. Оптика этой серии очень удобна в монтаже, она оперативно крепится на клейкую основу. Также можно установить ее на смолу или клей, без какого-либо ущерба для оптических параметров. Все линзы серии имеют одинаковый внешний диаметр 26 мм, что дает возможность подобрать оптимальный вариант простой заменой. Существует бескорпусный вариант линзы для трех светодиодов APOLLO 3, с тремя основными диаграммами направленности.
Родственниками APOLLO можно считать серии SPUTNIK, ROCKET и TITANUM. Конструктивно, они повторяет все особенности APOLLO, но используемый в них акрил имеет более высокую оптическую эффективность около 90%. Оптика SPUTNIK разработана для использования в паре с Seoul Semiconductor серий P3, P4 и P5 (только средняя диаграмма направленности). Существует строенная версия с остроумным названием LAIKA. ROCKET применяется со светодиодами CREE XLamp XR-C и XR-E. TITANUM, в свою очередь, работает в паре с OSRAM Dragon. По аналогии с APOLLO доступны металлизированные и строенные версии.
В номенклатуре компании отдельное место отведено оптике с квадратным корпусом. В этот ряд входят серии линзовых систем NIS033U, NIS036, NIS086, K2S, CRS, OSS, RES и SSS. Все они имеют одинаковый корпус, спроектированный таким образом, чтобы можно было собрать любой профиль без зазора между линзами. Также, для удобства монтажа, предусмотрена оперативная установка корпуса на клейкую основу. Специальный оптический полимер, применяемый здесь, обладает повышенной оптической эффективностью — 90%. Следует отметить и высокую цветовую равномерность потока излучения. Эти серии выпускаются с четырьмя диаграммами направленности, притом для узкой и средней диаграмм существуют модификации с более диффузным рассеянием потока. Исключение составляет серия NIS033U. Ее оптика создана специально для работы в ультрафиолетовом диапазоне спектра, на длинах волн от 365 нм, и имеет только три диаграммы направленности. Прочие характеристики отражены в сводной таблице 1.
Таблица 1. Характеристики оптических систем семейства Square
| CRS | Cree XR, XR-E | 21,6х21,6 | ||||
| K2S | Luxeon K2 | |||||
| RES | Luxeon Rebel | |||||
| OSS | Osram Dragon | |||||
| SSS | Seoul SC P3 | |||||
| NIS033U | Nichia 033 | |||||
| NIS036 | Nichia 036 | |||||
| NIS083 | Nichia 083 |
LEDILSTAR — решение для систем основного освещения. Оптика разработана для работы в паре с серией OSRAM OSTAR. Поликарбонат, из которого изготовлена система, выдерживает температуры до 130°С, сохраняя при этом эффективность более 80% и высокий показатель диффузии светового потока. Доступны две диаграммы направленности. LEDILSTAR допускает различные виды установки: на клеевой основе, на винтах или посредством прижима.
Многолинзовые системы с использованием трех и более светодиодов в ряде случаев повторяют параметры вышеописанных систем. Их оптическая эффективность достаточно высока >85%, а у серий CUTE достигает 90%. Конструкции всех систем бескорпусные. При этом строенные, квадратические и гепто-серии (индексы 3, 4 и 7 соответственно) имеют монтажные ножки и устанавливаются непосредственно на светодиоды. Пента-серии (индекс 5) выполнены в виде плоской пластины с коаксиально расположенными линзами. Для такой конструкции посадочным местом является специальный фланец, расположенный по краю пластины. Прочие характеристики многолинзовых систем отображены в сводной таблице 2.
Таблица 2. Характеристики многолинзовых оптических систем LEDIL
| APOLLO-3 | Luxeon I / III / К2 | 3 | — | >85 | MR16 | |||
| RER-5 | Luxeon Rebel | 5 | — | — | — | >85 | MR11 | |
| LAIKA-3 | Seoul SC P3 / P4 | 3 | — | >85 | MR16 | |||
| TITANUM-3 | Osram Dragon | 3 | — | — | >85 | MR16 | ||
| PLATINUM-3 | Osram Dragon | 3 | — | >85 | MR16 | |||
| OSR-5 | Osram Dragon | 5 | — | — | — | >85 | MR11 | |
| ROCKET-3 | Cree XLamp/ XR-E/ XR-E | 3 | — | >85 | MR16 | |||
| CUTE-3 | Cree XR-E | 3 | — | — | 90 | — | ||
| CUTE-4 | Cree XR-E | 4 | — | — | 90 | — | ||
| NIS083-3 | Nichia 083 | 3 | — | — | >85 | MR16 | ||
| NIS083-4 | Nichia 083 | 4 | — | >85 | MR16 | |||
| NIS083-5 | Nichia 083 | 5 | — | — | — | >85 | MR11 | |
| NIS083-7 | Nichia 083 | 7 | — | — | — | >85 | MR11 | |
| NIS036-5 | Nichia 036 | 5 | — | — | — | >85 | MR11 |
Отражательные системы компании LEDIL
Система BOOMERANG REFLECTOR разработана для светодиодов Ledengin серий 5W и 10W. Доступна только средняя диаграмма направленности. Отражатель отлично передает белый цвет и, традиционно для таких систем, имеет эффективность >90%.
Серия BOOM REFLECTOR разработана для работы в паре с CREE серии MC-E. Как и BOOMERANG, отражатели этой серии имеют высокую эффективность и хорошую передачу белого. В серии доступны три диаграммы направленности.
Линзовые системы компании KATHOD
Для более-менее детального обзора линзовых систем, выпускаемых компанией KATHOD, потребовалось бы значительно больше печатного места, чем предоставлено под эту статью. Поэтому мы ограничимся лишь общей информацией, останавливаясь подробно только на самых интересных изделиях. Детально с продукцией можно познакомиться на сайте компании.
Для всех без исключения моделей линзовых систем KATHOD диаграммы направленности фиксированы:
- узкая диаграмма — эффективный световой угол ≈20°;
- средняя диаграмма — эффективный световой угол 50° или 60°;
- широкая диаграмма — эффективный световой угол 80°.
Разработчики хорошо позаботились об универсальности изделий, оптика изобилует различными способами монтажа и спектром габаритов. На некоторых моделях на внутренней стороне фланца предусмотрен ключ. Если же нужно чтобы внутренняя сторона фланца оставалась плоской, можно воспользоваться такой же моделью без ключа с индексом WP. Основными партнерами для изделий KATHOD стали светодиоды Seoul Semiconductor Z-Power, Luxeon I/III/V/K2, OSRAM Dragon, CREE XLamp, NICHIA и Lamina. Каждому из этих светодиодов соответствуют модификации определенных серий, что отображено в таблице 3.
Таблица 3. Основные серии оптики KHATOD
| PL003 | 1 | — | ||||||
| PL02 | 1 | — | ||||||
| PL05 | 1 | MR11 | ||||||
| PL06 | 1 | — | ||||||
| PL09 | 1 | — | ||||||
| PL11 | 1 | — | ||||||
| PL111 | 1 | — | ||||||
| PL25 | 1 | MR11 | ||||||
| PL26 | 1 | — | ||||||
| PL27 | 1 | — | ||||||
| PL30 | 1 | — | ||||||
| PL35 | 3 | MR16 | ||||||
| PL50 | 4 | MR16 | ||||||
| PL52 | 1 | — | ||||||
| PL59 | 1 | — | ||||||
| PL60 | 3 | MR11 | ||||||
| PLN063 | 1 | — | ||||||
| PLN193 | 1 | — | ||||||
| PLN50 | 1 | — | ||||||
| KEPL11 | 1 | — | ||||||
| KEPL19 | 1 | — | ||||||
| KEPL22 | 1 | — | ||||||
| KEPL23 | 1 | — | ||||||
| KEPL24 | 1 | — | ||||||
| KEPL26 | 1 | — | ||||||
| KEPL29 | 1 | — | ||||||
| KEPL30 | 1 | — | ||||||
| KEPL333 | 9 | AR111 | ||||||
| KEPL35 | 1 | MR11 | ||||||
| KEPL70 | 3 | — | ||||||
| PLJT20 | 1 | — | ||||||
| KCLP | 1 | — |
Модели серий PL25, PL26, PL526, PL59, PL30 и PL02 представляют собой оптику для работы в паре с одним светодиодом. Практически для каждой из этих серий существуют три основные диаграммы направленности. Изделия полностью выполнены из фирменного полимера и обеспечивают оптическую эффективность более 85%. Очень интересное решение предлагают системы KEPL22, KEPL26, KEPL29 и KEPL30. Модели этих серий сборно-разборные, что очень удобно для точного подбора диаграммы. Линза просто заменяется в уже зафиксированной на плате оправе, а нужный вариант закрепляется защелкой или прижимом. Для KEPL22 и KEPL26 коллиматорная линза имеет девять вариантов цвета.
В модельный ряд линз, работающих с одним светодиодом, также входят корпусные серии KEPL19. Их отличительная черта — наличие френелевских линз с двумя различными профилями. Таким образом, доступны пять диаграмм направленности. Коллиматорная линза этих систем также изготавливается в девяти цветах.
Миниатюрные линзы представлены сериями PL111, KL90 и K77. Две последние примечательны тем, что работают в инфракрасном диапазоне длин волн. Это делает их хорошей декорацией для фотодиодов и фототранзисторов, что может найти применение, например в лучевых системах безопасности. В серии K77 доступны также прозрачные и молочные линзы. К миниатюрам следует относить и молочную линзу-индикатор PLJT20.
Строенные версии оптики — это серии PL35 и PL60. Высокая эффективность, три диаграммы направленности и повышенная антивибрационная устойчивость иллюстрируют их достоинство. Стоит отдельно упомянуть о серии KEPL70, выглядящей довольно неожиданно. Это строенная система с двумя диаграммами направленности, лицевая панель которой частично состоит из непрозрачного материала. Решение на базе KEPL70 выгодно использовать в случае, когда не нужны лишние переотражения от оптики. Также оно вполне могло бы подыграть возможным дизайнерским задачам.
KEPL333 — это продолжение концепции KEPL70. Однако в этой системе задействовано уже девять светодиодов. Очевидно, что приоритет KEPL333 системы основного освещения. Для удобства, конструкция состоит из трех строенных линз, которые собираются на одной непрозрачной платформе. Оптика имеет только две диаграммы направленности — узкую и среднюю.
Отражательные системы компании KATHOD
Все отражательные системы компании KATHOD производятся с двумя диаграммами направленности — узкой и средней. В модельный ряд входят отражатели с внешним диаметром 17, 20, 23 и 28 мм, основной задачей которых следует считать получение как можно большей интенсивности светового потока при высокой его равномерности. Все отражатели сохраняют свои оптические показатели в диапазоне температур от -40 до 120°С. Это делает их применимыми в сложных внешних условиях, например, в системах архитектурного освещения.
Линзовые системы компании FRAEN
Бескорпусные системы серии FBL (рис. 4) разработаны для светодиодов Luxeon I/III.
Рис. 4. Внешний вид линзовой системы Fraen FBL
Оптика изготовлена из акрилового стекла, что обеспечивает хорошую цветопередачу практически во всем видимом диапазоне. Она имеет собирательную способность более 85% и узкую диаграмму направленности.
Система FLP работает с Luxeon I/III/V а также Star и Emitter. Серия представлена классической и френелевской линзами, и имеет узкую и среднюю диаграммы направленности соответственно. Оптика может быть установлена непосредственно на светодиод, базируясь на его оправке, либо на специальный держатель. Оптическая эффективность системы >85%. Серия FNP конструктивно полностью повторяет FLP, и предназначена для NICHIA 083.
Оптика серий FDG и FDP имеет квадратную лицевую сторону, что удобно при сборке какого-либо профиля без зазора между линзами. Доступны четыре диаграммы направленности для FDG и две для FDP. Серии разработаны для использования в паре с OSRAM Golden Dragon. Для этого светодиода доступны также строенная серия FD3 (две диаграммы направленности) и счетверенная серия FD4 (только средняя диаграмма направленности).
Интересным решением является серия FHS. Плоскость оптики, обычно перпендикулярная нормали, у этой системы имеет небольшой заклон. Это позволяет направить излучение немного в сторону от оптической оси, что в некоторых случаях может быть весьма желательно. Например, такое решение выгодно для декоративной подсветки плоских поверхностей и т.п. Парой для этой серии стали Luxeon Lambertian. Оптика устанавливается в универсальный держатель Frain.
Партнерами серии FCG стали светодиоды CREE XLamp, XR и XR-E. Доступны три диаграммы направленности — узкая, средняя и эллиптическая. Аналогично серии FLP, оптику можно установить как на светодиод, так и на держатель. Также для светодиодов CREE разработана корпусная серия FC (рис. 5), в которую вошла оптика с четырьмя основными диаграммами направленности.
Рис. 5. Внешний вид линзовой системы Fraen FC
Особенность FC — низкий профиль линз, в собранном состоянии система возвышается над платой всего на 1,5 см. Доступна также строенная версия на непрозрачной платформе — FCT-3 (три диаграммы направленности). Аналогом FCG являются серии FSG и FSP для Seoul Semiconductor Z-Power.
Назначение FFLI — согласовать светодиоды Luxeon со световодом. Эта линза сконструирована таким образом, что значительная часть излучения от светодиода фокусируется на ее выходной площадке. Остается только соединить ее с оптоволоконным жгутом или стеклянной трубкой диаметром 7…9 мм.
Отражательные системы компании FRAEN
FRC — это компактный отражатель для светодиодов CREE XLamp, XR-E или OSRAM Ostar. Сегментарная конструкция позволяет получить узкий пучок лучей с хорошей равномерностью. Собирательная способность — около 88% — сохраняется в широком диапазоне температур. Конструкция посадочного места отражателя позволяет довольно точно позиционировать его относительно оправки светодиода.
Отражатель FRC-MCE имеет узкую и среднюю диаграммы направленности и столь же высокую собирательную способность, как и FRC-N1. Этот отражатель разработан для светодиодов CREE MC-E. Конструктивно он полностью отвечает стандарту MR11. Модель FRC A3P7 также соответствуют стандарту MR11 и разработана для Seoul Semiconductor ARISHE A3 и P7.
Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: [email protected]
Новые драйверы для светодиодной подсветки TLC5928 и TLC5947
Компания Texas Instruments представила новые драйверы для светодиодной подсветки TLC5928 и TLC5947.
Области применения: cветодиодные дисплеи, информационные доски, подсветка, световой дизайн.
TLC5928
Основные особенности:
- Определение обрыва в канале
- Предупреждение о возможном перегреве
- Защита от короткого замыкания
- Установка тока для всех каналов одним внешним резистором
- Последовательный интерфейс
- Увеличение числа каналов путем каскадирования Число каналов: 16 Выходное напряжение на один канал: до 17 В Выходной ток на один канал: 2…35 мА Точность поддержания тока: 1% Управление током: внешний резистор, единый для всех каналов
Корпус: SO-24, TSSOP-24, HTSSOP-24 PowerPADTM, QFN-24
TLC5947
Основные особенности — то же, что у TLC5928, плюс:
- Автоматическое отключение при перегреве
- Рестарт при достижении номинальной температуры
- Индивидуальное регулирование яркости светодиодов по каждому из каналов Число каналов: 24 Выходное напряжение на один канал: до 30 В Выходной ток на один канал: 30 мА Точность поддержания тока: 2% Напряжение питания: 3…5,5 В Интерфейс управления: последовательный, до 30 МГц Управление током: ШИМ, 12-разрядный Число уровней яркости: 4096
Корпус: HTSSOP-32 PowerPADTM, QFN-32
...читать далее
Линзы для светодиодов: назначение, виды, сферы применения
С появлением «белых» сверхъярких светодиодов (LED) произошла революция в светотехнике. Высокие показатели энергоэффективности, колоссальный срок службы, низкий коэффициент пульсаций позволили светодиодам значительно потеснить традиционные источники света на рынке светотехнической продукции. Однако светотехнические особенности LED заставили применять новые подходы при проектировании источников света.
[contents]
В светильниках с традиционными источниками света для формирования диаграммы направленности светового потока чаще всего применяются рефлекторы (отражатели). В LED светильниках для этих целей в основном используются линзы для светодиодов.
Назначение
Кривая силы света (КСС) отображает пространственное распределение светового потока. Для различных применений светильники должны иметь свой тип кривой силы света. Основные КСС показаны на рисунке.
Светодиоды, в отличие от других источников света, например люминесцентных ламп, имеют достаточно малые физические размеры. Поэтому даже на небольших расстояниях их можно считать точечными источниками. К тому же светодиоды характеризуются малым углом рассеивания светового потока, менее 120о. Поэтому без технических ухищрений получить требуемую кривую силы света с помощью LED довольно сложно.
Для различных задач инженеры находят различные технические решения. Например, в светодиодных лампах для получения требуемой кривой силы света применяют пространственное расположение светодиодов и матовые колбы. В потолочных светильниках используют призматические или матовые рассеиватели из поликарбоната.
В более сложных устройствах, таких как уличные светильники, прожектора, переносные фонари, автомобильная светодиодная оптика, используют линзы для светодиодов или линзы в сочетании с рефлекторами. Все эти и другие оптические устройства специалисты относят к классу «вторичной оптики».
Принцип работы линз
Из физики известно, что на границе раздела двух сред, с различной оптической плотностью, происходит преломление световых лучей. Создавая различные формы линз, можно получить преломление светового потока в различных направлениях.
Например, для формирования узкого светового пучка в карманных фонариках часто применяют двояковыпуклые коллиматорные линзы. С их помощью удается получить симметричный световой пучок с углом рассеянья всего в 10о. Изменяя расстояние от светодиода до линзы можно в некоторых пределах изменять угол светового пучка.
В некоторых устройствах требуется получить довольно сложные КСС в различных плоскостях. Получить заданную КСС можно изменяя форму линзы или нанося на ее поверхность микрорельеф в виде клиновых полос.
Например, для освещения автодорог или других протяженных объектов требуется получить «овальную» КСС в горизонтальной плоскости. Для получения такой кривой силы света, линзы должны иметь довольно сложную форму.
Некоторые производители выпускают светодиоды вместе с вторичной оптикой. Примером может служить серия светодиодов Golden Dragon Oval Plus от OSRAM Opto Semiconductors разработанные специально для создания светильников уличного освещения. Светодиоды этой серии поставляются вместе с линзой формирующей «овальную» диаграмму светового потока. Такое техническое решение значительно упрощает как разработку, так и изготовление светильников.
Материалы для изготовления и способы крепления
Большинство производителей для производства линз используют прозрачный поликарбонат. Этот материал обладает отличными оптическими свойствами. Ввиду малых потерь на внутренне поглощение и отражение света, КПД оптических систем на основе поликарбоната составляет 90% и более.
Материал хорошо работает в широком диапазоне температур, не подвержен быстрому старению, легок, обладает достаточной прочностью. Важным преимуществом поликарбоната перед другими материалами является его технологичность, что позволяет выпускать дешевые и качественные линзы в промышленных масштабах.
Конечно же, для светодиодных линз применяется и традиционное стекло. Чаще всего боросиликатные сорта. Стеклянные линзы имеют большую твердость и поэтому более устойчивы к образованию царапин.
В зависимости от типа корпуса, линзы могут удерживаться на светодиоде с помощью трения (да, да именно трения – есть такая технология), крепиться с помощью специальной фурнитуры или приклеиваться к радиаторам светодиодов или на печатные платы. Например, светодиоды 5450 с линзами clip lens часто используют для декоративной подсветки. При этом она удерживается на светодиоде силой трения.
Светодиоды с линзами для авто
Многие автопроизводители, разрабатывая новые модели автомобилей, активно переходят на светодиодную светотехнику. Такой подход полностью оправдан. Ведь светодиодная фара мощностью 10 Вт будет светить как 100 ваттная. Естественно вместе с применением светодиодов изменилась и вторичная оптика автомобилей. Светодиоды в фарах используются вместе со специально разработанными линзами, которые создают кривые силы света, отвечающие всем требованиям правил дорожного движения.
К сожалению, установить в фары старых автомобилей, вместо ламп накаливания, светодиоды очень трудно. Однако производители находят выход из положения. На рынке можно встретить светодиодные автомобильные лампы для ближнего света. Еще больше предложений для любителей тюнинга. В продаже имеются различные светодиодные фары с линзами, которые можно установить на решетку радиатора или бампер. Уже упомянутая комбинация LED 5450 с линзами clip lens часто применяется для декоративной подсветки различных элементов авто.
Делаем линзу своими руками
Изготовление светодиодной линзы своими руками — дело не простое. Проще всего переделать ее из другого устройства, например, увеличительного стекла. Автор видео рассказывает, как это сделать.
Вывод
В приведенных выше примерах и во многих других случаях, применение линз для светодиодов позволяет наиболее полно реализовать все положительные качества LED. Сформировать необходимую для данного типа светильника кривую силы света, полностью использовать световой поток, значительно снизить затраты при производстве осветительных приборов.
Про светодиодную оптику . — «Электрика» на DRIVE2
Прошло полгода, я вернулся. Есть что рассказать, есть что показать. С апреля перебрался с тойоты в лексус (считай в соседнее здание, фирма та же). Машины дороже, электроники больше, работать интереснее.Почему обычные коллиматоры не годятся в качестве ближнего света фар.Объясняю на пальцах. Для начала посмотрим, как вообще светит, скажем, обычный фонарик. Вот есть у нас фонарь, светит он конусом с каким-то там своим углом. Поделим этот угол на равные промежутки, скажем по 5 градусов и получится такая картинка.
Слева воображаемый источник света, общий угол поделен на равные сектора.
В каждом секторе количество света одинаковое. Вот мы направляем такой фонарик на стенку, что получается? Круг, в центре ярче, к периферии тускнеет, схематично это будет выглядеть вот так.
Чем дальше от центра, тем большая площадь приходится на то же самое количество света, отсюда и снижение освещенности к периферии. А что будет, если попытаться изобразить фару и направить фонарь под углом?
Как видно, здесь все еще более запущено, чем дальше, тем резче возрастает площадь, приходящаяся одно и то же количество света. Казалось бы очевидная вещь, чем дальше, тем меньше света, это ведь логично. Но это не объяснение, свет ведь почти не поглощается воздухом, поэтому какая разница, какое расстояние от источника света до освещаемой поверхности? Дело совсем не в расстоянии, сфокусированный луч будет бить на километры даже при скромных люменах. Все объяснение на рисунке. Да, кстати, что у нас получится на виде сверху? Правильно, парабола.
Не лучшее решение для фары.
Выходит, чтобы осветить что-то равномерно, источник света должен светить не равномерно, а по какому-то своему хитрому закону. В умной литературе есть такой термин, как кривые равной яркости, которые как раз и описывают нужное распределение света. Например, можно сделать уличный фонарь, который будет рисовать на асфальте не угасающий круг, а равномерно освещенный прямоугольник, что и реализуют в современных фонарях уличного освещения.
Образец из даташита светодиодного «стеклышка» уличного освещения.
Тоже самое, с автомобильными фарами ближнего света, основная сила света уходит в даль и чем ближе к бамперу, тем она меньше для того, чтобы получить ту же освещенность. Теперь вы понимаете, почему бессмысленно звучат вопросы, с каким углом взять коллиматор для самодельного ближнего света? Да ни с каким. И не в ослеплении дело, на чем в основном и зацикливаются люди. Его, кстати, не сложно побороть, можно поставить козырек и проблема решится, благо светодиодные коллиматоры компактные. Посмотрим еще раз на третий рисунок, в принципе, со светодиодами с равномерностью тут будет немного получше, так как распределение света у них не равномерное, вперед они светят ярче чем в стороны, поэтому на рисунке в районе оси нашего конуса света будет больше (как раз на большую площадь) и только потом яркость будет резко падать. Но из этого же рисунка видно, что часть света просто уходит выше дороги, в воздух. Это чистые потери. Я много экспериментировал с велофарами, коллиматор на 45 градусов дает неплохую заливку при условии, что светит он почти горизонтально, т.е. не менее половины света уходит вверх. Хотя и автомобильные фары в какой-то степени решают вопрос в лоб. Например, колпачки на лампочках, которые отсекают световой поток в ненужных направлениях. Шторки в ксеноновых линзах и т.д. А что будет, если разработать совершенную светодиодную оптическую систему, без шторок, которая будет весь свет направлять на дорогу? А я вам покажу сейчас, что будет…Оптика решает.Заимел я начинку от светодиодной фары лексуса. Три светодиодных модуля, каждый из которых состоит из радиатора со светодиодом, отражателя и линзы. Один из них я оформил в виде велофары, подал на него 5Вт и вышел во двор. Скажу, что люмены в велофарах я уже давненько считаю, с прошлого года. Катал с 270Лм на 45 градусов (три одноваттника), в полной темноте весьма не плохо. Пробовал фонарь на 210Лм с перестраиваемой оптикой. Вместе с фарой на 270Лм свет, практически, устраивал. Т.е. я мог безопасно ехать в темноте с любой желаемой скоростью, пусть даже 30км/ч. Поэтому я уже прикидывал, что, наверное, 500…800 люмен с хорошим распределением света могут дать бескомпромиссный свет. Итак, кусок LED фары лексуса, 5Вт на светодиоде, сколько люмен не знаю, думаю, 550…600. Вы готовы это увидеть?
Это моя велофара. Охренеть не встать…
А вот так светят упомянутые 270Лм на 45 градусов (3Вт).
А вот так светят фары моего автомобиля, на заведенном двигателе, чистые, с нормальными лампами. И фары сами нормальные (многофокусный рефлектор, гладкое стекло), на свет не жалуюсь.
Дальше то, что фотошопил вчера для вконтакта.
Никакого обмана и подлога, снималось все с одинаковой экспозицией, что, собственно, видно по облакам. Света, конечно, меньше, чем от фар, так и должно быть. Но в голове не укладывается, как можно осветить такую площадь пятью ваттами, эффективная дальность около 40 метров. В масштабах велосипеда, кстати, это более 3 секунд движения при скорости 40км/ч, т.е. по свету ограничений просто никаких. Представьте, что у вас на авто такой свет, что можно ночью ехать 200. Вот то-то и оно. К слову, замерял потребление светодиодных фар Lexus NX, 24Вт на одну фару ближнего света (т.е. всего 48Вт на ближний).Да, есть еще видео. Экспозиция тоже заблокирована.
Так это выглядит на стене.
Совсем на круг не похоже, правда? Смотрим внимательно на то, о чем я писал в вначале поста: чем выше, тем ярче становится пятно, т.е. чем дальше, тем больше света. Результат на фото виден, заливка очень равномерная.Фотографии линз.
4 кристалла последовательно. Считая, что у мощных светодиодов макс. напряжение на кристалл около 3,5В, максимальная мощность предположительно около 8Вт, так как при 14 вольтах (4 х 3,5В) получился ток в 0,6А
Примерка после изготовления крепления. Здесь пока без герметизации, в дальнейшем замазал все дыры герметиком. В дальнейшем буду дорабатывать.
Трудно быть Богом. Офигевают от такого все. Офигеваю я сам, вслед за мной, офигевают пешеходы, когда я их догоняю с таким светом, офигевают встречные и попутные велосипедисты. Когда я еду, свет меня гипнотизирует и порабощает, я смотрю только на него и на реакцию окружающих. Не знаю, когда успокоюсь и буду просто кататься.UPD 27.05.2015 Привык, просто катаюсь.
UPD 29.06.2015 Данный пост весьма переполошил общественность, многие задались вопросом, где взять подобное. Кто ищет — тот найдет. Камрад ntrofim нашел вот такое у китайцев Похоже, начали появляться LED модули для ретрофита! Ура, товарищи!
UPD 02.07.2015 Та линза, что самая крупная, оказывается, от прадо. Вот товарищ разбирал, у меня была точно такая-же (был в плохом состоянии рефлектор, подарил её). www.drive2.ru/communities…76151742351/forum/8338756
Ссылка на фото yadi.sk/d/TSPKVNqnjzAip
UPD 05.04.2015 Еще одно небольшое видео.
Page 2
Прошло полгода, я вернулся. Есть что рассказать, есть что показать. С апреля перебрался с тойоты в лексус (считай в соседнее здание, фирма та же). Машины дороже, электроники больше, работать интереснее.Почему обычные коллиматоры не годятся в качестве ближнего света фар.Объясняю на пальцах. Для начала посмотрим, как вообще светит, скажем, обычный фонарик. Вот есть у нас фонарь, светит он конусом с каким-то там своим углом. Поделим этот угол на равные промежутки, скажем по 5 градусов и получится такая картинка.
Слева воображаемый источник света, общий угол поделен на равные сектора.
В каждом секторе количество света одинаковое. Вот мы направляем такой фонарик на стенку, что получается? Круг, в центре ярче, к периферии тускнеет, схематично это будет выглядеть вот так.Чем дальше от центра, тем большая площадь приходится на то же самое количество света, отсюда и снижение освещенности к периферии. А что будет, если попытаться изобразить фару и направить фонарь под углом?Как видно, здесь все еще более запущено, чем дальше, тем резче возрастает площадь, приходящаяся одно и то же количество света. Казалось бы очевидная вещь, чем дальше, тем меньше света, это ведь логично. Но это не объяснение, свет ведь почти не поглощается воздухом, поэтому какая разница, какое расстояние от источника света до освещаемой поверхности? Дело совсем не в расстоянии, сфокусированный луч будет бить на километры даже при скромных люменах. Все объяснение на рисунке. Да, кстати, что у нас получится на виде сверху? Правильно, парабола.Не лучшее решение для фары.
Выходит, чтобы осветить что-то равномерно, источник света должен светить не равномерно, а по какому-то своему хитрому закону. В умной литературе есть такой термин, как кривые равной яркости, которые как раз и описывают нужное распределение света. Например, можно сделать уличный фонарь, который будет рисовать на асфальте не угасающий круг, а равномерно освещенный прямоугольник, что и реализуют в современных фонарях уличного освещения.Образец из даташита светодиодного «стеклышка» уличного освещения.
Тоже самое, с автомобильными фарами ближнего света, основная сила света уходит в даль и чем ближе к бамперу, тем она меньше для того, чтобы получить ту же освещенность. Теперь вы понимаете, почему бессмысленно звучат вопросы, с каким углом взять коллиматор для самодельного ближнего света? Да ни с каким. И не в ослеплении дело, на чем в основном и зацикливаются люди. Его, кстати, не сложно побороть, можно поставить козырек и проблема решится, благо светодиодные коллиматоры компактные. Посмотрим еще раз на третий рисунок, в принципе, со светодиодами с равномерностью тут будет немного получше, так как распределение света у них не равномерное, вперед они светят ярче чем в стороны, поэтому на рисунке в районе оси нашего конуса света будет больше (как раз на большую площадь) и только потом яркость будет резко падать. Но из этого же рисунка видно, что часть света просто уходит выше дороги, в воздух. Это чистые потери. Я много экспериментировал с велофарами, коллиматор на 45 градусов дает неплохую заливку при условии, что светит он почти горизонтально, т.е. не менее половины света уходит вверх. Хотя и автомобильные фары в какой-то степени решают вопрос в лоб. Например, колпачки на лампочках, которые отсекают световой поток в ненужных направлениях. Шторки в ксеноновых линзах и т.д. А что будет, если разработать совершенную светодиодную оптическую систему, без шторок, которая будет весь свет направлять на дорогу? А я вам покажу сейчас, что будет…Оптика решает.Заимел я начинку от светодиодной фары лексуса. Три светодиодных модуля, каждый из которых состоит из радиатора со светодиодом, отражателя и линзы. Один из них я оформил в виде велофары, подал на него 5Вт и вышел во двор. Скажу, что люмены в велофарах я уже давненько считаю, с прошлого года. Катал с 270Лм на 45 градусов (три одноваттника), в полной темноте весьма не плохо. Пробовал фонарь на 210Лм с перестраиваемой оптикой. Вместе с фарой на 270Лм свет, практически, устраивал. Т.е. я мог безопасно ехать в темноте с любой желаемой скоростью, пусть даже 30км/ч. Поэтому я уже прикидывал, что, наверное, 500…800 люмен с хорошим распределением света могут дать бескомпромиссный свет. Итак, кусок LED фары лексуса, 5Вт на светодиоде, сколько люмен не знаю, думаю, 550…600. Вы готовы это увидеть?
Это моя велофара. Охренеть не встать…
А вот так светят упомянутые 270Лм на 45 градусов (3Вт).А вот так светят фары моего автомобиля, на заведенном двигателе, чистые, с нормальными лампами. И фары сами нормальные (многофокусный рефлектор, гладкое стекло), на свет не жалуюсь.Дальше то, что фотошопил вчера для вконтакта.Никакого обмана и подлога, снималось все с одинаковой экспозицией, что, собственно, видно по облакам. Света, конечно, меньше, чем от фар, так и должно быть. Но в голове не укладывается, как можно осветить такую площадь пятью ваттами, эффективная дальность около 40 метров. В масштабах велосипеда, кстати, это более 3 секунд движения при скорости 40км/ч, т.е. по свету ограничений просто никаких. Представьте, что у вас на авто такой свет, что можно ночью ехать 200. Вот то-то и оно. К слову, замерял потребление светодиодных фар Lexus NX, 24Вт на одну фару ближнего света (т.е. всего 48Вт на ближний).Да, есть еще видео. Экспозиция тоже заблокирована.
Так это выглядит на стене.Совсем на круг не похоже, правда? Смотрим внимательно на то, о чем я писал в вначале поста: чем выше, тем ярче становится пятно, т.е. чем дальше, тем больше света. Результат на фото виден, заливка очень равномерная.Фотографии линз.4 кристалла последовательно. Считая, что у мощных светодиодов макс. напряжение на кристалл около 3,5В, максимальная мощность предположительно около 8Вт, так как при 14 вольтах (4 х 3,5В) получился ток в 0,6А
Примерка после изготовления крепления. Здесь пока без герметизации, в дальнейшем замазал все дыры герметиком. В дальнейшем буду дорабатывать.
Трудно быть Богом. Офигевают от такого все. Офигеваю я сам, вслед за мной, офигевают пешеходы, когда я их догоняю с таким светом, офигевают встречные и попутные велосипедисты. Когда я еду, свет меня гипнотизирует и порабощает, я смотрю только на него и на реакцию окружающих. Не знаю, когда успокоюсь и буду просто кататься.UPD 27.05.2015 Привык, просто катаюсь.
UPD 29.06.2015 Данный пост весьма переполошил общественность, многие задались вопросом, где взять подобное. Кто ищет — тот найдет. Камрад ntrofim нашел вот такое у китайцев Похоже, начали появляться LED модули для ретрофита! Ура, товарищи!
UPD 02.07.2015 Та линза, что самая крупная, оказывается, от прадо. Вот товарищ разбирал, у меня была точно такая-же (был в плохом состоянии рефлектор, подарил её). www.drive2.ru/communities…76151742351/forum/8338756
Ссылка на фото yadi.sk/d/TSPKVNqnjzAip
UPD 05.04.2015 Еще одно небольшое видео.
Специальная оптика для светодиодов CREE
Современные светодиоды компании CREE насчитывают три основные серии, для каждой из которых можно подобрать оптику с необходимым пространственным распределением силы света. В номенклатуре основных производителей оптики есть линзы и отражатели практически с любым углом в интервале от 6° до 70°. Перечислять их все вряд ли позволит объем этой статьи, поэтому мы остановимся только на самых интересных образцах. Описанная ниже оптика скорее относится к специальным решениям, востребованным на широком рынке. В обзоре рассмотрены решения для некоторых весьма распространенных задач, требующих специальных оптических систем.
Уличное освещение
Сегодня уличное освещение — одно из самых приоритетных светотехнических направлений для применения светодиодов. Любой уличный светильник имеет особое пространственное распределение силы света, создающее весьма протяженное пятно рассеяния. Использование оптики с эллиптическим распределением силы света не всегда оправдано, так как более широкий угол распределения редко превышает 50°, что в случае большого межосевого расстояния между светильниками или малой высоты подвеса делает использование неэффективным. Более того, распределение силы света внутри пятна рассеяния такой оптики все же имеет концентрический характер. Специализированная оптика для таких задач распределяет энергию внутри пятна так, что сила света больше именно на полях пятна рассеяния. Таким образом, ввиду различия расстояний внутри широкого угла распределения силы света, на плоскости создается достаточно равномерная освещенность.
Компания LEDIL предлагает решение для уличных светильников на светодиодах CREE серий XR и XP. Линзы серии STRADA (рис. 1) обеспечивают оптимальное распределение силы света для уличного освещения.
Рис. 1. Линзы LEDIL серии STRADA
Существует две модификации линз: A и B. Для модификации А ширина большего угла составляет около 110°, меньшего — около 15°. На рис. 2 показана модель пятна рассеяния оптики LEDIL STRADA_A для следующих условий: высота мачты 6 м, расстояние между мачтами 25 м, длинна консоли 1,5 м, наклон консоли 15°. Модификация В имеет ширину большего угла 116°, меньшего около 44°.
Рис. 2. Модель пятна рассеяния оптики LEDIL STRADA A
Нужно подчеркнуть, что STRADA имеет два варианта исполнения: с креплением на винтах и креплением на клеящую основу. Благодаря компактным размерам светодиоды могут быть расположены в ряд с шагом в 20 мм. Рекомендованный производителем шаг ряда составляет 35 мм.
В номенклатуре итальянского производителя оптики KHATOD есть весьма оригинальные линзы, которые могут быть использованы для уличных или парковых светильников. Это серии линз KEPL и PL 1171 (рис. 3), пространственное распределение силы света которых показано на рис. 4. Оптическая ось оптики несколько заклонена относительно оптической оси светодиода, что позволяет эффективно использовать линзу не только для уличного освещения, но и для «заливки» плоских поверхностей.
Рис. 3. Линзы KEPL и PL1171 компании KHATOD
Рис. 4. Пространственное респределение силы света линз KHATOD
Архитектурная подсветка
Современное архитектурное освещение нуждается в эффективных решениях для создания цветовой палитры. Технологическая сложность этой проблемы заключается в цветовых тенях, отбрасываемых разнесенными RGB-источниками. Очевидно, что эффективно решить это можно только двумя способами: увеличить угол пространственного распределения сил света источников или максимально приблизить источники друг к другу. Для различных задач подходят и различные решения, тем более что стоимость этих решений неодинакова.
Самым эффективным полноцветным светодиодом из предлагаемых компанией CREE решений является светодиод MC-E RGB. Компания LEDIL сделала первое предложение на рынке, оптимизированное специально для этого светодиода. Речь идет о серии RGBX-MC (рис. 5), в которую вошли три линзы с различным пространственным распределением силы света. Вогнутая поверхность коллиматора создает более плотное смешение лучей от четырех кристаллов светодиода MC-E, что значительно уменьшает эффект цветовой тени. Следует особо отметить линзу с эллиптическим пятном рассеяния — она будет весьма полезна для применения в «заливающих» прожекторах (Wall Washer).
Рис. 5. Линзы RGBX-MC компании LEDIL
Компания Polymer Optic предлагает строенную оптику для RGB модулей, линза под номером 158 этой компании разработана для светодиодов CREE серии XR (рис. 6). Оптические оси трех светодиодов находятся на радиусе всего 14 мм. Такое компактное расположение источников обеспечивает достаточно хорошее смешение цветов. Весьма неожиданно решена технология выбора пространственного распределения силы света: на базовую линзу надевается конверторная линза одного из трех типов. Очевидным плюсом также является гексагональная форма корпуса. Такая форма дает возможность собрать любой массив с достаточно высокой плотностью монтажа светодиодных модулей.
Рис. 6. Линза 158 компании Polymer Optic
Для архитектурной и дизайнерской подсветки зданий и интерьеров компанией Carclo разработана цилиндрическая линза 10397 (рис. 7). Это компактное решение позволяет собрать линейный массив длиной до 1200 мм. В поперечном сечении угол пространственного распределения силы света составляет около 35°. В этом году в серии XP появятся цветные светодиоды. Легко предположить, что с помощью оптики Carclo 10397 и 10398 (длина до 300мм) можно будет разработать компактные модули «цветная полоса».
Рис. 7. Цилиндрическая линза 10397 компании Carclo
Посредствам оптики Carclo 10267 можно решить различные задачи, связанные с габаритными огнями зданий и транспортных средств. Благодаря конусу в вершине купола линзы излучение отражается под прямым углом, образуя круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. В вертикальной же плоскости угол пространственного распределения света равен 8,5°. Оптика разработана для светодиодов серии XP, в которой уже анонсированы цветные модели.
Освещение на транспорте
Светодиоды уже доказали свою эффективность применительно к освещению салонов на транспорте. Притом как для систем общего освещения, так и для так называемой персональной подсветки. Так как задачи освещения транспорта вполне разрешимы стандартной оптикой, специальных решений насчитывается не так много. Однако конструктивные особенности некоторых решений в определенных случаях делают их действительно незаменимыми.
Линза LEDIL Twidlle (рис. 8) — это решение классической задачи «кошачий глаз». Линза создана для работы в паре с серией XR. Угол наклона оптической оси составляет ±15° для всех модификаций линзы. Twiddle доступна в трех вариантах исполнения, с двумя узкими и средним углом пространственного распределения силы света. Линза очень удобна при монтаже, так как устанавливается на клейкое основание.
Рис. 8. Линза Twiddle компании LEDIL
Для решений, связанных с общим освещением, иногда требуются линзы с очень широким углом диаграммы направленности. KHATOD KEPL 120908 и KEPL 121008 (рис. 9) это сверхширокоугольные линзы, угол пространственного распределения силы света составляет для них 70° и 50° соответственно. Система выполнена в виде короткофокусной выпуклой линзы, установленной в специальный корпус. Такое решение будет полезным и в ряде специальных задач, связанных как с архитектурным, так и с уличным освещением.
Рис. 9. Линзы KEPL 120908 и 121008 компании KHATOD
Высокоэффективным коллиматором является также и LEDIL Iris. Эта оптика разработана специально для формирования однородного пятна рассеяния без видимой тени от разделов соседних кристаллов светодиода CREE МС-Е. Iris выпускается в двух модификациях, с узким и средним углами пространственного распределения силы света (11° и 20°). Учтены и температурные режимы работы в паре со светодиодом, материал линзы сохраняет все свои оптические свойства до температуры 105°С.
Заключение
Производители оптических систем для полупроводниковых источников света расширяют свою номенклатуру очень динамично. Постоянно появляются все более новые оригинальные решения, нацеленные на удовлетворение нужд растущего рынка. Без всякого сомнения, это обстоятельство существенно расширяет области применения полупроводникового источника света.
Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: [email protected]
Компания «Cree» заявила о значительной прибыли в третьем квартале
Прибыль компании Cree, производителя светодиодов, в третьем финансовом квартале, который закончился 29 мая, составила $4.0 миллиона. Для сравнения — годовой доход 2008 года насчитывал $5.7 миллиона. Cree прогнозирует еще больший рост прибыли в четвертом квартале. Такое значительное увеличение можно объяснить развитием светодиодного сектора. Светодиодное освещение приобретает все большую популярность благодаря низкому энергопотреблению и длительному сроку службы по сравнению с обычно применяемыми флуоресцентными лампами и лампами накаливания.
Растущий спрос на светодиодное освещение помогает компенсировать снижение интереса в сфере автомобильной промышленности, сотовых телефонов и потребительских программ. Компания ожидает резкий рост доходов в четвертом квартале в связи с тем, что намечается повышение спроса на светодиодное освещение и светодиодные видеоэкраны.
Линия светодиодной продукции будет продолжать расширяться за счет вложений в исследование и развитие светодиодного освещения.
Основные конкуренты Cree в этой области: японские Toyoda Gosei Co. и Nichia Corp., а также Osram и отдел по разработке светодиодного освещения в «Siemens».
...читать далее
Выбор оптики для светодиодов
5 ноября
Статья посвящена оптическим элементам и системам для светодиодных источников света. Даны определения основным параметрам оптических устройств. Рассмотрены основные особенности различных типов оптических элементов, а также приведены примеры их использования.
П
ри проектировании светодиодных источников света всегда возникает вопрос о выборе его оптических характеристик. Как это всегда бывает на заре развития технологии, и светодиодная техника не является исключением, подобрать лучшие компоненты для удовлетворения предъявляемым требованиям может оказаться непросто. Главная причина заключается в том, что нет или не хватает стандартов. В результате между производителями возникают разногласия в трактовке параметров, что в свою очередь приводит к выбору неподходящего или не самого оптимального элемента.Ввиду указанных причин очень важно однозначно понимать такие характеристики, как ширина угла половинной яркости (FWHM — full-width-at-half-maximum), оптическая эффективность, материалы и жизненный цикл изделия, чтобы потребителям было проще понять, для каких задач лучше использовать тот или иной элемент, а также как правильно сделать выбор.
Оптическая эффективность
Оптическая эффективность элемента обычно определяется путем сопоставления выходного и входного светового потока, проходящего через заданные оптические поверхности.Пусть у нас есть светодиод с коллиматорной линзой (см. рис. 1).
С помощью фотометрической сферы измерим общий световой поток, испускаемый светодиодом. Затем положим исследуемую линзу на светодиод так, чтобы она покрывала все поверхности кроме излучающей. Ее завесим черным поглощающим цилиндром. Проведем повторный замер светового потока. Эффективность линзы равна отношению двух измеренных потоков, умноженному на 100, чтобы получить результат в процентах. По значению эффективности можно судить о качестве оптической системы с точки зрения способности удерживать свет. К примеру, для хороших линз этот показатель достигает 91%. Однако опираться полностью только на значение эффективности не стоит, поскольку этот параметр не дает информации о том, сколько света проходит через требуемую площадь или угол. Другими словами, нельзя выделить «полезную» эффективность элемента. Для ее определения необходимо измерить другие параметры.
Кривая распределения силы света
В осветительной технике очень важно оценивать общую форму кривой распределения силы света (или КСС). Эта кривая обычно строится в плоскости декартовых или полярных координат. Она характеризует систему в целом и дает представление о работе оптического элемента. Например, она показывает, насколько узконаправлен луч света, будут ли затененные области или какова относительная интенсивность в направлении 0° по отношению к интенсивности при угле 30°. Для симметричной оптики, когда пик светового потока приходится на середину кривой распределения света, угол половинной яркости (FWHM) определяется как угол, при котором интенсивность освещения падает на 50% от максимального значения. Многие производители измеряют также 10% значение, то есть угол, при котором освещение падает до 10% от максимального значения. Это чрезвычайно полезный параметр, особенно для светодиодов с очень узкой областью распределения света. Чем ближе уровни 10% и 50% пикового значения, тем более сфокусирован луч света и тем в меньшей степени он рассеивается на другие области пространства.Может возникнуть вопрос, почему надо использовать два уровня, 10% и 50%, почему только FWHM недостаточно? Причина заключается в том, что значение FWHM само по себе неоднозначно. Следовательно, использование этого параметра может привести к неверным результатам.
Рассмотрим пример. Пусть у нас есть две линзы (см. рис. 2).
Допустим, линза А имеет относительно плохую оптическую эффективность и, кроме того, сравнительно большая доля света рассеивается за пределы центральной части луча, то есть уровень 10% пикового значения имеет широкий угол. В этом случае форма кривой пространственного распределения силы света имеет характерный вид, когда не наблюдается пика посредине, но форма холма сохраняется. Измерив ширину на половине высоты пика, получаем ± 5°. Допустим, у линзы В очень высокая оптическая эффективность и точно сфокусированный луч так, что значение 10% имеет малый угол. Как видно из рисунка 2, кривая распределения света для линзы В имеет очень высокий максимум. Однако несмотря на разницу кривых, значение угла FWHM у них одинаково. Как это получается? Совмещая абсолютные (не относительные) кривые для линз А и В, получаем, что линза В дает в 5 раз больше света, чем линза А, а величины углов на расстоянии половинной яркости у них совпадают. Следовательно, нельзя сравнивать линзы только по этому параметру, поскольку он не дает информации о том, сколько света распределяется под определенным углом или на определенной площади. Для объективной оценки нужен еще один параметр, например, ширина пика на уровне 10% от максимального световогопотока.
Величина кд/лм
Получив значение оптической эффективности, ширины пика на уровнях 50% и 10% от максимального потока, а также отношение кд/лм, можно полагать, что система полностью охарактеризована. Кандела на люмен (кд/лм) — это очень важная величина, поскольку она характеризует абсолютную высоту пика на кривой распределения света. Другими словами, она позволяет сравнить кривые распределения нескольких оптических систем на одной шкале, чтобы выбрать ту, которая имеет самый высокий пик в заданном направлении. Однако следует помнить, что показатель кд/лм всегда рассматривается в контексте с другими параметрами, о которых мы говорили, поскольку этим отношением сравнительно легко манипулировать так, чтобы сделать его выше, однако при этом непременно портятся эффективность и форма кривой распределения. Есть много примеров, когда светодиод очень ярко освещает центр помещения, а остальные области затенены.
Файлы IES и EULUMDAT
Традиционно в осветительной промышленности для характеристики продуктов составляются файлы в формате IES или EULUMDAT. По запросу эти файлы предоставляются и на оптические элементы для светодиодов. По сути, эти файлы представляют собой оцифрованные версии кривых распределения света, которые мы рассматривали выше. Они содержат всю необходимую информацию: эффективность, ширина пика на уровне FWHM и 10%, отношение кд/лм и т.п.Следует помнить, что запрашивать лучше измеренные данные с указанием используемых элементов и методов измерения, а не моделированные результаты. К сожалению, некоторые компании работают только с теоретическими данными. В некоторых случаях это позволяет получить более хорошие характеристики и ввести разработчиков в заблуждение.
Пластиковые материалы
Чрезвычайно важно использовать только те оптические элементы, которые изготовлены из качественных пластиковых материалов и имеют все необходимые документы. В обычных приложениях рекомендуется использовать материалы для автомобильных или медицинских систем, такие как PMMA (акриловый материал) и PC (поликарбонат). Эти материалы хорошо проверены и документированы, имеют высокую долговечность и не изменяют характеристики в течение срока службы. Они могут работать 10—20 лет непрерывно. Неспециализированные материалы не могут выдержать тех условий, которые создаются внутри источника света: УФ излучение светодиодов, прямое воздействие солнечного света, влажность и т.д. Если пластик некачественный, связи в молекулах разрушаются, что изменяет взаимодействие между ними и характеристики вещества. Очевидно, не стоит использовать и дешевые линзы из полистирола или SAN (Styrene Acryl Nitride) и других подобных материалов. Еще один важный тип оптических устройств — пластмассовый отражатель с металлическим напылением и защитным элементом, предохраняющим его от воздействия окружающей среды. Для всех этих дешевых материалов характерен их малый вес по сравнению с PMMA или РС. Этим же объясняется и низкая цена за килограмм. Кроме того, они имеют высокую скорость формовки. Очень часто изначальная низкая цена может оказаться обманчивой при долгосрочном использовании — линзы желтеют, мутнеют, или металлическое покрытие становится матовым, и эффективность и цвет света изменяются. Кроме того, оптические характеристики таких линз обычно хуже, чем у аналогичных устройств, изготовленных из более качественных материалов, в том числе из-за низкого качества материалов формовки.
Особенности светодиодной оптики
Многие компании производят так называемые оптические линзы общего назначения, которые подходят для различных типов светодиодов и регулируются только по высоте, чтобы попасть в фокальную плоскость. При использовании этих линз в источниках света, имеющих не такую структуру, на которую они были изначально рассчитаны, их характеристики портятся. В лучшем случае ухудшается только эффективность, отношение кд/лм и изменяется форма кривой распределения. Хотя на первый взгляд может показаться, что они светят хорошо. Степень ухудшения характеристик зависит от того, насколько сильно отличается данный осветительный прибор от того, для которого линза была предназначена. Невозможно создать оптическую систему, подходящую для абсолютно всех типов светодиодов (см. рис. 3).
Отличия между линзами разных типов
В первом приближении можно сказать, что чем проще и более регулируемо требуемое распределение света, тем лучше характеристики источника света. На практике часто чисто коллиматорная линза имеет самые лучшие характеристики. Изготавливая оптические версии того же коллиматора, но, например, заменяя верхнюю поверхность, мы рискуем снизить эффективность источника, причем степень ухудшения зависит от сложности замены и качества обработки измененных поверхностей на станке. В худшем случае потери могут быть ощутимыми, и эффективность падает на 10—15%.
Высокий уровень эффективности (выше 90%) можно достичь, с помощью линз LEDIL’s STRADA. Однако чем сложнее оптический элемент, тем ниже его эффективность. Таким образом, сравнивать можно только оптические устройства одного типа и размера, в противном случае результаты будут необъективными.
Размер оптики имеет значение
В общем случае чем больше оптический элемент, тем более высокая у него точность и лучше характеристики (см. рис. 4).
Однако важно понимать, что крупногабаритные элементы стоят дороже, и во многих приложениях преимущество светодиодов заключается как раз в уменьшении размера источника света или, наоборот, освобождении дополнительного места для других компонентов устройства, например электронной схемы.С годами некоторые размеры элементов стали стандартными. Первое, что приходит в голову, — это так называемые линзы с диаметром 21 мм. Этот размер оказался оптимальным для точечных светодиодных источников света, таких как Luxeon Rebel, Cree XP, Osram Oslon или Nichia 119. Характеристики этих линз оптимальны, они не станут лучше, если увеличить диаметр. Если же, наоборот, уменьшить диаметр до 16 мм, то оптическая эффективность по-прежнему будет превышать 90%, однако отношениекд/лм немного упадет за счет пропорционального увеличения размера осветительного прибора по отношению к диаметру линзы. Дальнейшее уменьшение диаметра до 10 мм и меньше приведет к снижению эффективности, поскольку источник света станет слишком большим по отношению к линзе, и она не сможет ухватывать полный поток. Если быть точными, то в этом случае эффективность составит 80—85%.
Как правило, для многих современных светодиодов диаметр 21 мм оказывается достаточным для большинства приложений. Тем не менее, часто инженеры выбирают линзы меньшего размера, 16 мм или менее 10 мм, чтобы уместить больше светодиодов на той же площади или по другой причине. Следует заметить, что увеличение размера до 26 мм или 30 мм и более требуется обычно только в особых случаях, когда необходимо добиться очень узкого луча света с шириной угла пространственного распределения силы света FWHM 3…4° или в сложных системах, когда свет отражается системой из нескольких оптических элементов.
Отражатель или линза?
Для всех современных миниатюрных источников света с 1—4 кристаллами и первичной линзой в качестве вторичной оптики лучше использовать только линзы. Объяснение простое: лучом света, фокусируемым линзой, можно легко управлять. Регулировка производится по крайней мере в трех три плоскостях. У рефлекторов такая плоскость только одна, а у системы рефлекторов — две. Эффективность линз повышается, если оптическая система спроектирована с использованием технологий создания произвольных форм. В общем случае с помощью линзы можно поднять эффективность передачи света до 90% и выше, однако в некоторых сложных задачах удается достичь лишь 85%. С помощью металлических поверхностей коэффициент отражения рефлектора также можно довести до 90%, однако свобода управления лучом здесь гораздо уже, чем в случае линз. Отражатель следует использовать в габаритных источниках света, или когда источник света составлен из нескольких кристаллов, объединенных общим слоем люминофора. Примером таких источников света является большинство светодиодов Citizen и Bridgelux. Если бы в них применялась линза, она была бы очень большой по размеру. Поскольку это слишком дорого, то целесообразно использовать отражатель или систему отражательных элементов. Тогда недостатки с оптической точки зрения восполняются преимуществами по стоимости и температурным характеристикам источника света.
Использование различных типов линз
Довольно часто требуемое распределение света обеспечивается с помощью нескольких стандартных линз. В качестве примера можно привести фары автомобиля, в которых один источник света используется для обеспечения ближнего, дальнего и дневного света. Не имеет смысла решать все три задачи с помощью одного оптического элемента — это очень дорого и сложно. В архитектурном освещении источники света с несколькими оптическими системами используются тогда, когда необходимо осветить не только фон, но и выделить какой-либо объект. Это можно сделать, например, используя прицельную линзу для объекта и широкоугольные линзы для общего освещения пространства вокруг объекта.
Другой хороший пример — уличное освещение. На рисунке 5 показаны требования, предъявляемые в различных ситуациях.
Единое оптическое решение в этом случае подобрать сложно. Вместо этого предлагается набор стандартных элементов, комбинируя которые можно получить любое распределение света. Это более простой и гибкий подход, однако он подразумевает наличие широкого выбора линз, который может предложить только несколько производителей.
Стоимость сборки
Одной из важнейших задач при проектировании оптических систем является попытка уменьшить стоимость сборки изделия с сохранением точности расстановки элементов. Общее правило заключается в том, что чем выше оптическая эффективность элемента, тем более чувствителен он к правильному расположению. Другими словами, простота сборки никогда не должна обеспечиваться за счет снижения точности позиционирования. Во многих случаях помогают клей или установочный штифт. Однако с распространением светодиодных источников света возросла потребность в более производительных решениях. Одним из таких решений стало применение клейкой ленты высокого качества или использование фиксационных крючков с предохранителем, которые пропускаются через печатную плату и пристегивают к ней оптический элемент. Единственная сложность этого способа заключается в достаточно точном определении толщины печатной платы. С другой стороны, это наиболее дешевое решение из всех существующих.
Заключение
Оптические элементы для светодиодных источников света играют важную роль. Для разработчиков очень важно правильно трактовать характеристики оптических элементов, чтобы обеспечить лучшие свойства источника при минимальной стоимости. При проектировании оптической системы «с нуля» необходимо предусматривать много факторов и тщательно подходить к анализу параметров того или иного решения. Кроме того, необходимо помнить о разногласиях в информации, предоставляемой различными производителями.
Литература
1. Tomi Kuntze. All facts for choosing LED optics correctly//LED professional review, сентябрь-октябрь 2009 г.
| Томи Кунтце (Tomi Kuntze) , глава LEDIL OYПолучил степень магистра наук в Техническом университете Финляндии в 1993 г. С тех пор он работает с пластмассовыми изделиями, обработанными с высокой точностью. Последние 10 лет целиком посвятил себя разработке оптических систем для светодиодов высокой мощности. Кунце является соучредителем финской высокотехнологичной компании LEDIL Oy, основная деятельность которой связана с разработкой оптических решений мирового уровня для светодиодов. |
Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Вторичная оптика линзы светодиодов и светодиодных фонарей
Задача оптической системы, используемой в паре со светодиодом - как можно более рационально распределить световой поток в пространстве. Правильно подобранная оптика позволяет существенно увеличить плотность светового потока диода и более точно приспособить его работу для решаемой технической задачи. На сегодняшний день представленные на рынке оптические системы охватывают достаточно широкий спектр применения светодиода: от точечной индикации до приборов основного освещения. Притом, оптика позволяет выстроить не только круговой, но и протяженный эллиптический фронт излучения.
Оптические системы делятся на два основных типа - линзовые и отражательные. Все они создают различные диаграммы направленности излучения в пространстве.
Оптика монтируется на светодиод либо группу светодиодов. Правильно подобранная оптика для светодиодов позволяет существенно увеличить плотность светового потока диода и более точно приспособить его работу для решаемой технической задачи.
В нашем магазине вы можете приобрести линзы, предназначенные для формирования диаграммы направленности светодиодов. Ширина формируемого линзой пучка света — от 4 до 90°, в зависимости от модели.
СТАТЬЯ: ОБЗОР ЛИНЗ ДЛЯ МОЩНЫХ СВЕТОДИОДОВ
