Didelis{0}}vienodumasLED skydelio lemputė: Pagrindinis optinis dizainas ir našumo optimizavimo vadovas

Šiuolaikiniame apšvietime LED skydinis šviestuvas tapo pageidaujamu pasirinkimu gyvenamosioms, komercinėms ir biurų patalpoms dėl savo aptakaus profilio, energijos vartojimo efektyvumo ir minkšto, vienodo apšvietimo. Kaip plokščio-panelio šviesos šaltinis, LED skydelio apšvietimas pašalina aštrius akinimus ir šešėlius, todėl sukuria patogią apšvietimo aplinką, kuri padidina produktyvumą ir{2}}gerą savijautą. Tačiau pasiekti aukštą apšvietimo vienodumą{4}}viena iš svarbiausių našumo rodikliųLED panelinis apšvietimas-išlieka techninis iššūkis, ypač didelių-dydžių plokščių ir ne-lengvų-kreipiančiųjų plokščių konstrukcijų atveju. Šiame straipsnyje nagrinėjami pagrindiniai optinio projektavimo principai, našumo vertinimo kriterijai ir praktiniai sprendimaiLED paneliniai šviestuvai, sutelkiant dėmesį į tai, kaip laisvos formos lęšiai ir mikrostruktūros pagerina vienodumą išlaikant energijos vartojimo efektyvumą. Palaikomas autoritetingų tyrimų ir eksperimentinių duomenų, jis suteikia realių įžvalgų apšvietimo dizaineriams, architektams ir viešųjų pirkimų specialistams.

Kodėl vienodumas yra pagrindinė našumo metrikaLED skydelio lemputė?

Vienodumas reiškia apšvietimo pastovumą visame LED skydelio lemputės šviesą{0}}skleidžiančiame paviršiuje. Jis apskaičiuojamas kaip minimalaus apšvietimo (Emin) ir vidutinio apšvietimo (Eaverage) ant tikslinio paviršiaus santykis, išreikštas procentais. Šviesos diodų skydo šviestuvui didelis vienodumas (paprastai didesnis nei 85%) yra būtinas tiek dėl funkcinių, tiek dėl estetinių priežasčių. Remiantis Tarptautinės apšvietimo komisijos (CIE) tyrimu, biuro aplinkoje netolygus apšvietimas gali sukelti akių įtempimą ir nuovargį, todėl darbo efektyvumas gali sumažėti iki 20%. Mažmeninės prekybos aplinkoje nenuoseklus apšvietimas gali iškraipyti gaminio spalvas ir tekstūras, o tai gali turėti įtakos klientų pirkimo sprendimams. Gyvenamosiose patalpose vienodas šviesos pasiskirstymas sukuria jaukią ir harmoningą atmosferą, išvengiant diskomforto dėl šviesių dėmių ir tamsių vietų.

Vienodumo svarbą dar labiau padidina struktūrinės savybėsLED paneliniai šviestuvai. Tradiciniai kraštiniai-šviesos LED skydiniai šviestuvai remiasi šviesos kreipiančiomis plokštėmis, kad šviesa paskirstytų tolygiai, tačiau šios plokštės kenčia dėl mažo sujungimo efektyvumo (paprastai 70-80 %) ir didelių šviesos nuostolių dėl atspindžio ir sugerties. Tai ne tik sumažina bendrą LED skydelio šviesos efektyvumą, bet ir sukelia „vandens bangavimo“ efektus bei tamsius kraštus didelėse{6}}dydžio plokštėse. Tiesiogiai-apšviestos LED skydinės lemputės, kurios pašalina šviesos kreipiamąją plokštę, užtikrina didesnį energijos vartojimo efektyvumą, tačiau reikalauja pažangių optinių komponentų, kad būtų užtikrintas vienodas apšvietimas. Neturint tinkamo optinio dizaino, tiesioginio apšvietimo LED skydelio lemputės gali turėti „taškinės matricos“ efektą, kai atskiri LED lustai skydelyje matomi kaip ryškios dėmės.

Didelis vienodumas taip pat prisideda prie energijos taupymo ir ilgaamžiškumo. AnLED panelinis apšvietimassu vienodu apšvietimu užtikrina vienodą viso paviršiaus ryškumą, todėl nereikia per daug kompensuoti naudojant didesnę galią, kad būtų užmaskuotos tamsios vietos. Tai sumažina energijos sąnaudas 15-25 %, palyginti su ne-vienodais modeliais. Be to, tolygus šilumos pasiskirstymas-, atsirandantis dėl subalansuotos šviesos srauto, neleidžia vietiniam LED lustų perkaitimui, todėl LED skydelio lemputės tarnavimo laikas pailgėja 30–40%. Komerciniams projektams, kurių darbo valandos yra ilgos (pvz., 12+ val. per dieną), tai reiškia, kad sutaupoma daug elektros sąskaitų ir priežiūros.

Kaip optiniai dizainai pagerina LED skydo šviesos vienodumą?

Du pagrindiniai optinio dizaino metodai pasirodė kaip veiksmingi sprendimai LED skydinių šviestuvų vienodumui pagerinti: laisvos formos lęšiai, skirti ne{0}}šviesos-kreipiančiųjų plokščių struktūroms, ir mikrostruktūriniai optiniai elementai, skirti tiesioginio-apšvietimo sistemoms. Kiekvienas dizainas naudoja unikalius optinius principus, kad perskirstytų šviesą, užtikrinant nuoseklų apšvietimą visame skydelyje. Žemiau pateikiama išsami šių konstrukcijų analizė, paremta eksperimentiniais duomenimis ir modeliavimo rezultatais.

Laisvos formos objektyvo dizainas, skirtas ne{0}}šviesiai-kreipiančiosios plokštės LED skydelio apšvietimui

Laisvos formos lęšiai yra pagal užsakymą{0}}sukurti optiniai komponentai, kurie valdo šviesą refrakcija ir visišku vidiniu atspindžiu (TIR), todėl galima tiksliai valdyti šviesos pasiskirstymą. Ne-lengvai-kreipiančiajai plokšteiLED paneliniai šviestuvai, laisvos formos lęšiai sprendžia pagrindinį uždavinį nukreipti šviesą iš šonuose{0}}įmontuotų šviesos diodų, kad tolygiai uždengtų visą skydelį. Dizainas pagrįstas Snell dėsniu ir kraštinio-spindulio principu, kuris užtikrina, kad šviesos spinduliai iš LED šaltinio atitiktų tikslinio paviršiaus apšvietimo reikalavimus.

1 lentelėje pateikiami pagrindiniai PMMA laisvos formos lęšio, skirto 120 mm × 240 mm LED skydo šviesai, parametrai. Objektyvas optimizuoja tris kritinius atstumus: 5 mm tarp objektyvo ir šviesą{5}}skleidžiančio skydelio, 0 laipsnių objektyvo pasukimo kampą ir 7 mm tarp šviesos diodo ir objektyvo. Šie parametrai buvo nustatyti naudojant MATLAB programavimą ir TracePro optinį modeliavimą, užtikrinant, kad šviesa būtų tolygiai paskirstyta skydelyje.

1 lentelė. Laisvos formos objektyvo teorinių ir praktinių parametrų palyginimasLED skydelio lemputė

Eksperimentiniai rezultatai rodo, kad šis laisvos formos objektyvo dizainas praktinių bandymų metu pasiekia 95,74 % vienodumą, o tai labai atitinka 96,6 % modeliavimo rezultatą. Objektyvas veikia skildamasLED lemputėį du komponentus: artimosios-ašies spinduliai lūžta, kad susidarytų lygiagrečiai spinduliai, apšviečiantys tolimąjį skydelio galą, o už-ašies spinduliai veikia TIR, kad padengtų sritį šalia LED šaltinio. Šis dvigubas mechanizmas pašalina tamsias dėmes centre ir ryškius kraštus šalia šviesos diodų, užtikrindamas vienodą ryškumą visame skydelyje. Be laisvos formos objektyvo ta pati ne-lengva-kreipiamoji plokštėLED panelinis apšvietimasvienodumas yra tik 47,33%, o didžiausias apšvietimo skirtumas tarp kraštų ir centro yra 620 lx.

Mikrostruktūriniai optiniai elementai, skirti tiesioginiam{0}}šviestam LED skydiniam apšvietimui

Tiesiogiai{0}}šviečiamuose LED skydiniuose šviestuvuose naudojama daugybė šviesos diodų, sumontuotų armatūros apačioje, todėl reikia, kad optiniai elementai tolygiai išsklaidytų šviesą be šviesos kreipiančiosios plokštės. Mikrostruktūriniai optiniai komponentai-paprastai pagaminti iš PMMA arba PC-yra pusrutulio formos išgaubtos mikrostruktūros, išdėstytos vientisoje matricoje, kurios išsklaido šviesą, kad pašalintų taškinės matricos efektą. Šio dizaino raktas yra optimizuoti mikrostruktūros padėtį šviesos diodų matricos atžvilgiu, kad būtų padidintas vienodumas.

2 lentelėje parodytas mikrostruktūros padėties poveikis tiesioginio-apšvietimo vienodumuiLED panelinis apšvietimassu 4×5 LED matrica (50 mm atstumas tarp šviesos diodų). Rezultatai rodo, kad tolygumas didėja, kai atstumas tarp mikrostruktūros ir LED matricos didėja, o 11 mm atstumu pasiekia didžiausią 86.67 %. Už šio atstumo vienodumas sumažėja dėl sumažėjusio šviesos sklaidos efektyvumo.

2 lentelė: Tiesiogiai{1}}šviečiamo LED skydelio apšvietimo vienodumas skirtingose ​​mikrostruktūros padėtyse

Mikrostruktūrinis dizainas pagerina vienodumą 5 procentiniais punktais, palyginti su ne-mikrostruktūrine versija (81,75 %, palyginti su . 86.67 %). Pusrutulio formos mikrostruktūros (spindulys: 1 mm, storis: 4 mm) išsklaido šviesą keliais kampais, užtikrindamos, kad apšvietimo skirtumas tarp gretimų LED padėčių ir tarpų tarp jų būtų kuo mažesnis. Šis dizainas ypač efektyvus dideliems-dydžio-tiesiogiai apšviestiems LED skydelio šviestuvams, kur taškinės matricos efektas yra ryškesnis.

Lyginamoji optinio projektavimo metodų analizė

Tiek laisvos formos lęšiai, tiek mikrostruktūriniai elementai siūlo efektyvius sprendimus, kaip pagerinti LED panelių šviesos vienodumą, tačiau jie tinka skirtingoms struktūrinėms konfigūracijoms. 3 lentelėje apibendrinamos pagrindinės jų charakteristikos, pranašumai ir taikymo scenarijai.

3 lentelė. LED skydinės lempos optinio projektavimo metodų palyginimas

Laisvos formos lęšiai užtikrina puikų vienodumą ir energijos vartojimo efektyvumą, todėl jie idealiai tinka aukščiausios klasės{0}programoms, kuriose reikalingas tikslus apšvietimas (pvz., dizaino studijose, medicinos įstaigose). Mikrostruktūriniai elementai yra ekonomiškas-efektyvus sprendimas bendros paskirties-tiesiogiai apšviestam-LED skydiniams šviestuvams (pvz., biurams, mažmeninės prekybos parduotuvėms), subalansuojant našumą ir įperkamumą.

Kokie yra pagrindiniai didelio{0}}vienodumo atrankos kriterijaiLED skydelio lemputė?

Didelio{0}}vienodumo pasirinkimasLED panelinis apšvietimasreikia įvertinti optinį dizainą, našumo metriką ir konkrečius programos reikalavimus. Toliau pateikiami pagrindiniai kriterijai, į kuriuos reikia atsižvelgti, remiantis pramonės standartais ir geriausia inžinerijos praktika.

1. Vienodumas ir šviesos efektyvumas

Pirmenybę teikite LED skydelio apšvietimui, kurio vienodumas yra didesnis arba lygus 85% (matuojama naudojant šį metodą, skydą padalijus į 9 lygias sritis ir apskaičiuojant Emin/Eaverage). Kritinėms reikmėms (pvz., apšvietimui) pasirinkite modelius, kurių vienodumas didesnis arba lygus 90%. Šviesos efektyvumas turi būti didesnis nei 120 lm/W arba lygus jai, kad būtų užtikrintas energijos vartojimo efektyvumas, kaip nurodyta ENERGY STAR sertifikavimo standartuose.

2. Optinio komponento kokybė

Patikrinkite optinių komponentų medžiagą ir dizainą. Laisvos formos lęšiai turėtų būti pagaminti iš didelio-pralaidumo PMMA (pralaidumas didesnis nei 92 %), kad būtų sumažintas šviesos praradimas. Mikrostruktūriniai elementai turi turėti vientisą masyvo dizainą, kad būtų išvengta papildomų tamsių dėmių. Garsūs gamintojai pateikia išsamią optinio projekto dokumentaciją, įskaitant modeliavimo rezultatus ir eksperimentinius duomenis.

3. Struktūrinė konfigūracija

Pasirinkite tinkamą struktūrą pagal programos poreikius:

Ne{0}}šviesus-kreipiančiosios plokštės kraštas-apšviestas LED skydelio apšvietimas su laisvos formos lęšiais: idealiai tinka ploniems-profiliams (storis Mažiau nei 15 mm arba lygus) ir aukštiems{5}}vienodumo reikalavimams.

Tiesiogiai{0}}apšviestas LED skydinis apšvietimas su mikrostruktūriniais elementais: tinka didelėms-dydžio plokštėms (didesnėms nei 1200 mm × 600 mm arba lygioms) ir brangiems-projektams.

4. Spalvų perteikimas ir nuoseklumas

Spalvų perteikimo indeksas (CRI) turi būti didesnis nei 90 arba lygus jam, kad būtų užtikrintas tikslus spalvų atkūrimas. Mažmeninės prekybos ir dizaino reikmėms apsvarstykite LED skydinius žibintus, kurių R9 didesnis arba lygus 50 (raudonos spalvos perteikimo matas). Spalvos temperatūros pastovumas (Δu'v' Mažiau arba lygus 0,004) taip pat yra labai svarbus, ypač kai toje pačioje erdvėje naudojamos kelios plokštės.

5. Patikimumas ir ilgaamžiškumas

Įvertinkite LED skydelio lemputės naudojimo trukmę (L70B50 Didesnė arba lygi 50 000 valandų) ir šilumos valdymo sistemą. Tolygus šilumos paskirstymas apsaugo nuo šviesos diodų degradacijos ir užtikrina pastovų veikimą laikui bėgant. Ieškokite modelių su IP40+ apsauga nuo dulkių ir korozijai-atspariais rėmeliais, skirtais ilgalaikiam

Pramonėje paplitusios LED skydinės lempos problemos ir sprendimai

Bendros problemos

Mažas vienodumas (Mažiau arba lygus 80%) dėl prastos optinės konstrukcijos arba netinkamos komponentų padėties.

Tamsūs kraštai arba taškinės matricos efektai dideliuose{0}}LED skydelio apšvietimuose.

Sumažėjęs šviesos efektyvumas dėl šviesos praradimo šviesos kreipiančiosiose plokštėse arba prastos{0}}kokybės optiniuose komponentuose.

Spalvų nenuoseklumas keliose plokštėse toje pačioje instaliacijoje.

Sprendimai (200 žodžių)

Norėdami sumažinti vienodumą, pasirinkiteLED paneliniai šviestuvaisu laisvos formos lęšiais (skirta kraštams{0}}apšviesti) arba mikrostruktūriniais elementais (tiesioginiam-apšvietimui) ir patikrinti vienodumo duomenis iš trečiosios šalies{2}}bandymo. Jei norite naudoti tamsius kraštus arba taškinės matricos efektus, įsitikinkite, kad optiniai komponentai yra tinkamai išdėstyti-5 mm tarp laisvos formos objektyvo ir skydelio ir 11 mm tarp mikrostruktūrinio elemento ir LED matricos. Norėdami pagerinti šviesos efektyvumą, rinkitės ne-šviesias{10}}kreipiančias plokštes su laisvos formos lęšiais (energijos efektyvumas didesnis nei 85 %) ir didelio pralaidumo medžiagas (PMMA, didesnis arba lygus 92 %). Norėdami spalvų nuoseklumo, įsigykite tos pačios gamybos partijos LED panelinius žibintus ir patikrinkite spalvų temperatūros toleranciją (Δu'v' Mažiau arba lygi 0,004). Montuodami išlaikykite nuoseklų atstumą tarp plokščių ir venkite persidengti šviesos spinduliais. Reguliari priežiūra, pvz., plokštės paviršiaus valymas, kad būtų pašalintos dulkės (dėl to pralaidumas sumažėja 10–15 %), taip pat padeda išsaugoti veikimą.

Autoritetingos nuorodos

Lai, L., Zhuang, Q., Liu, S. ir kt. (2015). Laisvos formos lęšio dizainas vienodam apšvietimui ant LED plokščios šviesos skydelio.Infraraudonųjų spindulių ir lazerių inžinerija, 44(2), 561-566. https://doi.org/10.3788/IRLA201544.0205001

Xie, L. ir Du, X. (2016). LED skydinės lempos optinio elemento projektavimo metodas.Informatizacijos tyrimai, 42(6), 53-57.

Tarptautinė apšvietimo komisija (CIE). (2022).CIE 127:2022 – LED apšvietimo gaminių veikimas. https://cie.co.at/publications/cie-1272022-performance-LED-lighting-products

ENERGY STAR. (2023).LED skydelio apšvietimo specifikacijos versija 2.0. https://www.energystar.gov/products/lighting_fans/led_lighting/led_panel_lights/specifications

Zheng, Z., Hao, X. ir Liu, X. (2009). Laisvos formos paviršiaus objektyvas vienodam LED apšvietimui.Taikomoji optika, 48(35), 6627-6634. https://doi.org/10.1364/AO.48.006627

Ries, H. ir Rabl, A. (1994). Edge-Nevaizdinės optikos spindulių principas.Amerikos optinė draugija A, 11(10), 2627-2632. https://doi.org/10.1364/JOSAA.11.002627

Pastabos

Tolygumas (η): pagrindinė LED skydelio apšvietimo našumo metrika, apskaičiuojama kaip η=(Emin / Eaverage) × 100%. Didesnės vertės rodo tolygesnį apšvietimą.

Laisvos formos objektyvas: optinis komponentas su ne-sferiniu, tinkintu-sukurtu paviršiumi, kuris valdo šviesos pasiskirstymą per refrakciją ir visišką vidinį atspindį.

Mikrostruktūrinis optinis elementas: komponentas, turintis mažos-skalės (nuo μm iki mm) paviršiaus ypatybes, kurios išsklaido šviesą, kad pagerintų tiesioginio-šviečiamų LED skydelio šviesų. 4. vienodumą. Metodas: standartinis vienodumo matavimo metodas, padalijant LED skydelio lemputės paviršių į 9 lygias sritis ir išmatuojant apšvietimą kiekvieno regiono centre.

L70B50 Eksploatavimo trukmė: valandų skaičius, po kurio 50 % LED skydelio lempučių išlaiko 70 % pradinio šviesos srauto, o tai yra pagrindinis patikimumo rodiklis.

Ar norėtumėte, kad sukurčiau aišsamus LED skydelio apšvietimo pasirinkimo kontrolinis sąrašaspritaikytas jūsų programai (pvz., biuro, mažmeninės prekybos, medicinos) arba sukurti ašalia{0}}greta-palyginimo lentelęiš geriausiai-vertintų aukšto-vienodumo LED skydinių lempučių modelių?

https://www.benweilight.com/lighting-tube-bulb/2x4-4000lm-80cri-40k-min10-ztmvolt-led-flat.html

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd.

El. paštas:bwzm15@benweilighting.com

Tinklalapis:www.benweilight.com