LED照明燈具的二次光學設計是什么?

二次光學設計是相對于一次光學設計而言的。LED照明的一次光學設計以封裝材料的形狀人手，設法提高 LED 的出光效率。LED的封裝樹脂透鏡和內部的反射器等構成一次光學系統。LED 的一次光學設計主要分為折射式、反射式和折反射式 3 種方式。

折射式LED照明芯片發射的光線在殼體表面折射的情況如圖5-12 所示。這種光線傳播方式有 70％～80％的光從封裝材料的側面泄漏，且聚光面所包容的立體角有限，因此聚光效率很低。

反射式LED封裝結構分為背向反射和正向反射兩種類型，聚光面所包容的立體角較大，聚光效率較高。

折反射式LED是在正向反射式基礎上加一個折射面，起到聚光作用，從而提高了聚光效率。

二次光學設計是為了提高燈具的有效光利用率而進行的設計。傳統光源燈具的光利用率較低，這是因為傳統光源四面發光，部分光被光源自身擋住，并且傳統光源的發光點大，不易進行光學設計，燈具效率不高。而 LED 光源近似于點光源，且具有方向性，利用好 LED這兩個特性是燈具光學設計的關鍵。通過 LED 陣列設計和二次光學設計，能使 LED照明燈具達到比較理想的配光曲線。

LED照明燈具的二次光學設計主要分為散射、聚光以及兩者混合型等幾種方式。

對于聚光型 LED，在需要實現大面積照明或顯示時，需要通過添加散射板來完成。散射板原理與柱形折光板和梯形折光板相同。采用柱形折光板主要在一個方向擴展光束角，并且能使照明均勻，適合用于信號燈；采用梯形折光板，雖然也在一個方向擴展光束角，但是其光強分布不同于柱形折光板。圖中兩種散射板均為一維散射，如需要在兩個方向散射，則需要使用兩個方向的散射板，或復合到一塊板上。

聚光型LED二次光學設計通過外加透鏡或透鏡陣列透鏡來提高聚光能力和光強。

二次光學設計是提高 LED燈具有效光利用率的必要手段，具體的實現方法有很多，除了 LED+折光板和LED+透鏡外，還有LED+反光杯和LED+反光杯+透鏡以及按投射方式劃分的單個 LED 模塊投射和多個 LED 模塊分區域投射等。

在 LED二次光學設計中，應當選用透光率高的透鏡，以提高燈具的效率。透光率是 LED 透鏡的一個重要技術參數，是指到達目標面上的光通量與 LED 光源所發出的光通量之比。

LED照明發出的光通過透鏡時有 3 種損耗，即 LED 的正上方透鏡表面所反射的光、被透鏡吸收的光及通過透鏡側面被折射的光，如圖 5-17 所示。目前**廠家生產的透鏡透光率僅約89％，即 LED所發出的全部光通量在透鏡中的損耗超過 10％。為保證 LED 燈具具有更好的光學特性，除了要求透鏡的透光率高之外，還要注意透鏡的照度均勻性、工作溫度范圍、抗紫外線和黃化率等因素。

由于LED接近理論上的“點光源”，在設計光學系統時，易于精確地定位發光點，解決光源的隱蔽性和最終燈具的多樣化問題。LED 接近點光源給燈具的配光創造了很大的空間，包括高效率的 LED 燈具和特種配光應用。LED照明光源的特點給二次光學設計和燈具設計提供了很大的靈活性。例如在整體照明中，要求燈具亮度高，可以使用線性LED燈條，外加透過率較高的燈罩以提高出光效率；加入導光板技術可以使 LED 點光源成為面光源，提高其均勻性而防止眩光的發生；在一些輔助照明和層次照明中則需要一定的聚光效果，可以選擇一些聚光透鏡來達到光學要求。

此外，道路照明和交通信號燈等燈具的配光曲線需滿足特殊的要求，這時 LED 二次光學設計還需要進行特別的考慮。