光学设计 | 如何设计一款精致的 LED 灯？

大脚吴妈 · 发表于 2023-3-5 12:48:56

向阳
90后光学设计师

笔者手记：

灯具是人们日常生活中不可或缺的重要物品。从人类懂得控制火焰开始，便懂得了如何在黑夜中得到光明。篝火、蜡烛、钨丝灯、白炽灯、荧光灯、卤钨灯、高压钠灯到 LED 灯，人们对灯具的研究一直都没有停下，而且对灯具的要求在提升，不管是外观还是光学参数都越来越高。

良好的外观设计可以创造出灯具悦目的外观，而好的光学设计便赋予了灯具核心的灵魂。

所以说一款好的灯具不仅仅外观精致美观，光学参数也必须要满足应用场所的需求。

那么，应该如何设计一款精致实用的 LED 灯呢？

答案就是机构设计+光学设计。

「机构设计——赋予灯具美观外形」

机构设计便是赋予灯具美好外观的唯一路径，如下灯具:

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▲图: 投光灯的外观，给人一种简约而不简单、厚重而不繁杂的感觉，从整体到局部，都摒弃了过于复杂的结构，简化了线条，很适合喜爱简单的你。

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▲图: 这款庭院灯外观看起来就像是一朵盛开的牵牛花，在夜晚不仅仅能提供必要的照明, 方便居民生活，增加居民安全感，又能突显城市的亮点，在公园、花园中，与繁茂的植物相互呼应、融为一体，成为夜晚公园景观的一抹亮色。

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▲图: 此款路灯设计，整体取材于畅游在海洋的海豚，由坚硬铝材成型的外观加上并不新奇的圆弧形边缘，让人们感觉到的不是钢筋水泥般僵硬的质地，而是融入生命的柔美，为人们带来视觉上的变迁。

这就是机构设计的力量，根据不同的应用场所设计出不同外观的灯具，完美地融入环境，给人们创造更美好的生活质量。

当然对于 LED 灯具来说，机构设计并不仅仅只是设计外观。众所周知， LED 光源发光的同时，会产生大量的热量，如果热量不能及时散发出去，会对 LED 的光衰造成很大的影响。所以机构工程师还需要在灯具中加上美观而又具有良好散热效果的结构。

举个例子：天井灯

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▲图：采用了鳍片式散热结构的天井灯

此款灯采用了鳍片式的散热结构，并在每一片鳍片上做了很多小孔，能充分的把光源发光所产生的热量散发出去，保证光源能在安全温度下工作，大大地增加光源的使用寿命。

由此可见，机构设计对于LED灯具来说是至关重要的。

「光学设计——决定灯具光学品质」

机构设计便是赋予灯具美好外观的唯一路径，如下灯具:

当然好的 LED 灯具不仅只是具有良好的机构设计，光学设计也是决定 LED 品质的关键因素。

光学设计便包括了光源的选择，灯具二次光学的设计：

1、LED光源

LED 光源是决定一盏灯所发出来光品质的重要因素，因为这不仅仅决定了灯具光通量的多少，还决定了灯具的色温、显色指数，其中色温是人们对一款灯具效果最直观的感受。

如下图不同色温对照射物体所产生的不同效果：

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▲图：不同色温对比

可以明显的看到色温会决定被照物体的颜色，色温低，颜色会偏黄，色温越高颜色就偏白、偏蓝。所以对于照射不同颜色的物体我们应选择不同色温的灯具。例如：如果是照射肉类产品，我们便可以选择色温较低的暖色温，这样可以让肉类产品看起来更加的鲜美。

低色温（如3000K）会给人一种温暖的感觉，高色温（如5000K）会给人一种清冷的感觉。

另外，关于显色指数对被照射物体的影响，如下图：

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▲图：不同显色指数对比

由上图可见，显色指数对于彩色物体本身颜色的表现有很大的影响，所以对于颜色表现要求高的物体，在选择灯具时一定要选择显色指数高以及显色指数比较全的产品。

2、光学设计

LED 灯具的二次光学设计所影响到的是灯具所发出来的光型，对于不同的场所，我们对照明范围、照明形状、照度大小、照度均匀度、眩光等参数都是不一样的，而决定这些参数的主要因素便是灯具的光型。

举个例子：路灯

路灯使用的光型一般是蝙蝠翼的光型：

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▲图：蝙蝠翼形状的配光曲线

每条道路的宽度，灯具安装间距都是不一样的，这就需要根据每条道路的照明要求、设计，使用不同的光型。

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▲图：图中的道路照明效果就很好，整体照度很均匀，照度值也满足国家标准，眩光也很小，这便是一个合理的二次光学设计所制造出来的照明效果。

而对于居家、商场及加油站等地方，我们需要的光型和路灯不一样，是一种旋转对称的光型，会根据灯具安装高度及照射范围，选择不同发光角的灯具。

举个例子：加油站

加油站所选用的是 90 度的聚光灯具，光型如下图：

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▲图：90°配光曲线

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▲图：加油站照明场景

对于加油站来说，所照射的范围要求比较小，而且除了加油站内，外部不需要照明，所以选择设计聚光光型，这样可以防止光浪费，照射到不需要照射的地方，导致浪费光线。

由此可见，对于一款良好的 LED 灯具来说，我们不仅仅需要设计美观的灯具外表，光学设计对灯具实际使用效果的影响也是巨大的。

所以想要设计好一款精致的 LED 灯，我们需要左手抓住机构，右手抓住光学。

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文章来源：云知光照明学院
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