Светодиодные модули и лампы могут быть сконструированы различными способами, исходя из целей обеспечения желаемого результата освещения...

Светодиодные модули и лампы могут быть сконструированы различными способами, исходя из целей обеспечения желаемого результата освещения, которое требуется для конкретных случаев. В этой статье сравниваются два альтернативных подхода, основанных на излучателе небольших размеров (компакт –излучателе) (compact emitter) в сочетании с дополнительным использованием линз полного внутреннего отражения (TIR-Total Internal Reflection), либо рефлектора, основанного на чипе-борт (chip-on-board) массиве.

Тем не менее, в данной статье также рассматривается сравнение светодиодных модулей и ламп по энергопотреблении и световой отдаче, которые могут дать совершенно разное представление о производительности этих источников света.

Сравнение

Для сравнения возьмем обычные лампы накаливания, применяемые повсеместно. При сравнении ламп накаливания основными параметрами являются их мощность в ваттах, и все мы имеем четкое представление о том, насколько ярче лампа 100W в отличие от лампы 60W.

Появление светодиодов сформировало более широкий выбор осветительной продукции, и в первую очередь потому, что разработчики доказывают намного большую эффективность светодиодного освещения в сравнения с освещением лампами накаливания. Как известно, одной из основных сравнительных характеристик ламп освещения, включая мощность, является отношения яркости к мощности – световая отдача (лм / Вт).

Так как светодиодные лампы имеют более сложную конструкцию, чем лампы накаливания, многие факторы, такие как тип излучателя, плата, на которой установлен излучатель, электр. схема, способ фокусировки и проч. сильно влияют на осветительные особенности ламп.

Световая отдача, используемая для сравнения светодиодных ламп, часто может ввести покупателя в заблуждение, если дело касается именно направленного освещения.

Необходимо иметь ввиду…

Несмотря на то, что конструкции светодиодных излучателей постоянно совершенствуются, для подавляющего большинства случаев, а именно- здания архитектуры, дороги, сцены, данной освещенности часто не хватает. Причина заключается в том, что светодиодный источник часто излучает световой поток слишком  рассеянно.

Для того, чтобы получить направленный свет, необходимо использование дополнительной оптики, которая дает возможность направлять световой поток. Направленные световые лучи распространяются параллельно, хотя этого и не заметно из-за дифракции. При этом, чем меньше источник света, тем более значителен эффект применяемой оптики. Кроме того, направленность света также может улучшить однородности цвета, помимо его распределения.

Для сравнения характеристик оптики для коллимации пучка, часто ссылаются на угол или угловую ширина (FWHM). Это угловая ширина интенсивности пучка, которая на краях составляет половину максимальной интенсивности в центре пучка. Этот угол является хорошим способом для классификации оптики, хотя, часто на практике, в зависимости от оптического дизайна, оптики с одинаковыми углами обзора может часто отличаться.

Рефлекторы и линзы

Многие объекты освещения, в частности, вышки, улицы, сцены, требуют яркого сфокусированного освещения, а значит, и большой мощности.

Часто конструкция излучателя сильно ограничивает применение оптики. Рефлектор предпочтителен  при более равномерном распределении светопотока, например, как у ламп накаливания. Конструкция же светодиодных ламп имеет существенный недостаток - большинство световых лучей, исходящих от центра излучателя не попадают на поверхность отражателя и, соответственно, теряется значительная часть световой энергии. И это не просто ее потеря, но еще хуже – визуально это воспринимается как очаги со слишком ярким освещением и недостаток освещенности, в результате чего визуально наблюдается некоторый дискомфорт за счет этого дисбаланса.

Если же рассмотреть особенности компактных, но с высокой световой плотностью излучатели, то можно констатировать, что эти излучатели достаточно мощны, чтобы обеспечить необходимую яркость, но достаточно малы по физическим размерам, чтобы это свойство было полностью использовано. Применяя оптику TIR, удается достигнуть полного использования этой особенности путем применения практически всего излучаемого света, направленного на поверхность. Это недорогой и эффективный способ применим только с ярким, но малым по размеру излучателем.

На рис. 1 показаны примеры оптики с углами обзора от 8 ° до 45 °, используемые для излучателей с малым размером. Данный вид линз позволяет не только собрать световые лучи и преобразовать их в направленный поток, но и обеспечить высокую оптическую эффективность и однородность цвета, сохраняя при этом компактный форм-фактор.

Рисунок 1. Типы линз

TIR линзы в сравнении с отражателями

Для того чтобы сравнить производительность TIR-линзы и рефлектора, были взяты два светодиодных модуля. Один модуль, светодиод Engin, представляющий собой компактный LZC излучатель с линзой TIR (24 ° угол обзора) и тот же светодиод с рефлектором на основе COB- массива. Оба модуля были созданы для одинаковых условий и их технические характеристики были подобраны настолько близко, насколько возможно.

В таблице 1 показаны три основные различия в производительности между этими модулями.

Таблица 1. Сравнительная характеристика линз (размер обоих линз: 45мм в диаметре, 25мм в высоту)

На рис. 2 показано измеренное распределение интенсивности света по углам обзора. Видно, что угол (в данном случае 24 °) не раскрывает всех возможностей, TIR-линзы дает гладкий, хорошо видимый переход интенсивности, в то время как распределение интенсивности в случае с рефлектором более широк.

Рисунок 2. График распределения света.

Это, пожалуй, более наглядно проявляется в 3D графике, показанном на рис. 3, где профиль TIR на основе модуля показывает равномерный переход в сторону центра пучка света, а пример с рефлектором показывает более "рваный" переход в сторону центра интенсивности светового пучка, следовательно, задействована только незначительная часть энергии при использовании рефлектора.

Рисунок 3. Трехмерный график распределения света. Слева - TIR линза

Следовательно, 28% излучаемой энергии при применении отражателя теряются, в случае же использования TIR оптики это всего лишь 6%.

Выводы

В реальных условиях при сравнении светодиодных модулей и ламп по количеству потребляемой энергии, либо по световой отдаче, можно столкнуться с достаточно неточным представлением об этих источниках света.

Нужен новый способ световой производительности, учитывающий долю потерь энергии, которая имеет место, а не общая яркость в люменах. Термин "световая эффективность", возможно, будет принят для описания «полезной» яркости, именно используемой.

Другие факторы, такие как цвет и однородность распределения света по-прежнему должны быть рассмотрены, но «световая эффективность» более точна, чем все остальные характеристики, используемые в настоящее время. Сравнение между модулями с рефлектором и TIR- оптики ясно свидетельствует о необходимости такого дополнения.

Спасибо за внимание!
Статья взята из журнала Leds Magazine. Перевод на русский: Владимир, www.diodmag.ru