LED照明活跃舞台的扩大及其课题

LED照明不仅具备寿命长、功耗低等环保特性,而且几乎?#29615;?#20986;红外线和紫外线,光的快速响应性优异,其活跃舞台正在不断扩大。与360°全方位均匀发光的白炽灯泡和荧光灯所代表的传统照明相比,LED照明可以从发光二极管发出强光。尽管应用于吸顶型照明器具等指向性强的照明器具可以充分利用光线,但均匀发光始终被视为是弱项。如果能自由控制指向性强的LED照明的光线,不仅可以全方位扩散光线,应该还能创造出LED照明的新应用。美蓓亚三美正在开发自由操控光线所需要的照明用透镜。

荧光灯与LED的特性差异

LED照明的关键——透镜

LED是利用特殊透镜对二极管发光的会聚、扩散作?#32654;?#39640;效扩散光线,照亮整个空间。在LED照明中,透镜还会左右照明本身的质量,扮演着非常重要的角色。透镜部?#20013;?#35201;对光线进行复杂的操控,过去一般使用叫作杯型透镜的厚透镜。杯型透镜虽然在操控光线上出类拔萃,但光也会在透镜中衰减,折损发光二极管的发光。美蓓亚三美虽然利用光学模拟技术,?#23548;手?#20316;出了准直透镜,但光的衰减率仍有改善的余地。透镜的透光?#25163;?#25509;关系到LED照明的功耗。那么,能不能进一步减少光的损失?或是进一步提高光的会聚和扩散效率呢?在实现未来透镜的道路上,美蓓亚三美踏寻到了一个答案:沿用自身擅长的导光板技术,制造更薄的透镜。

荧光灯与LED的特性差异
荧光灯与LED的特性差异

在1mm厚的透镜中
兼顾光的会聚与扩散

通过组合多个光学透镜,刻入微细的棱镜图案,开发出了可自由控光、厚度仅为1mm的LED照明用薄型透镜。

通过一片薄透镜中刻入超微细的棱镜图案,实现1mm的薄度

全面采用光学模拟技术

薄型透镜的开发全面运用了光学模拟。由薄型透镜替代以往的厚型透镜完成光的会聚和扩散,需要计算超微细的光学(元件)图案。为此,研究人员运用开发0.3mm超薄型导光板所积累的光学模拟技术经验,反复对透?#30340;?#20809;的反射角和衰减率进行了缜密计算。

?#23548;?#30340;光学模拟画面

1mm厚的透镜?#27492;?#26159;一张板,但为了进行光的会聚和扩散,其正反两面分别实施了完全不同的加工。在光的会聚面,形成了混合光线的光学元件,以减少发光二极管发光的照度不均和叫作黄圈的色彩不均。在扩散面,则复合了光学特性不同的两片透镜,用以均匀扩散光线。衬底使用全反射型的TIR(Total InternalReflection)微细棱镜,使光线在透?#30340;?#22343;匀扩散,

在一片中融合菲涅耳透镜和TIR透镜
全面进行光学模拟

在光量多、需要精密实施导光控制的透镜?#34892;?#37096;,则采用菲涅耳透镜进行了微细的角度调整。除此之外,通过在透镜中充分混合光线,无论发光二极管的质量和光量如何,都可以始?#25214;浴案?#36136;量”发光。尽管透镜需要根据照明的用途分别开发,但通过全面运用光学模拟优化光学设计,高速开发具备各种光学特性的透镜成为了现实。

刻入超微细的棱镜图案

全面采用光学模拟技术

薄型透镜的开发全面运用了光学模拟。由薄型透镜替代以往的厚型透镜完成光的会聚和扩散,需要计算超微细的光学(元件)图案。为此,研究人员运用开发0.3mm超薄型导光板所积累的光学模拟技术经验,反复对透?#30340;?#20809;的反射角和衰减率进行了缜密计算。

?#23548;?#30340;光学模拟画面
全面进行光学模拟

1mm厚的透镜?#27492;?#26159;一张板,但为了进行光的会聚和扩散,其正反两面分别实施了完全不同的加工。在光的会聚面,形成了混合光线的光学元件,以减少发光二极管发光的照度不均和叫作黄圈的色彩不均。在扩散面,则复合了光学特性不同的两片透镜,用以均匀扩散光线。衬底使用全反射型的TIR(Total InternalReflection)微细棱镜,使光线在透?#30340;?#22343;匀扩散,在光量多、需要精密实施导光控制的透镜?#34892;?#37096;,则采用菲涅耳透镜进行了微细的角度调整。除此之外,通过在透镜中充分混合光线,无论发光二极管的质量和光量如何,都可以始?#25214;浴案?#36136;量”发光。尽管透镜需要根据照明的用途分别开发,但通过全面运用光学模拟优化光学设计,高速开发具备各种光学特性的透镜成为了现实。

在一片中融合菲涅耳透镜和TIR透镜
刻入超微细的棱镜图案

支撑制造的树脂成型技术
和模具加工技术

在透镜的制造中,美蓓亚三美运用了独步?#28572;?#30340;成型和加工技术。通过使用在齿轮等的成型中培育的树脂成型技术、在以轴?#24418;?#20195;表的机?#23548;?#24037;中培育的模具加工技术,制造出了内刻超微细光学图案、前所未有的划时代LED照明用薄型透镜。

薄型透镜改变LED照明的未来

与传统的灯泡和荧光灯相比,LED照明可节?#23492;?#28304;约60%,采用薄型透镜后还能节约30%。而且可以通过调整透镜的光学图案,自由控制光的指向性,进行各种配光和扩散的组合。举例来说,在照亮道路的路灯中使用薄型透镜,可以控制光的方向,只照亮道路。不仅能使道?#38750;?#26224;可辨,还解决了一并照亮周围建筑的问题。

一般的街头照明图
美蓓亚三美产品的街道的照明图
除了使光具有指向性外,能够提高扩散性也是一个特点。例如,在室内照明中采用薄型透镜,还可以用柔和的光线,营造出舒?#23460;?#20154;的空间。?#23548;?#19978;,美国照明器具大厂已经为注重设计性的照明器具采用了美蓓亚三美的薄型透镜,凭借前所未有的薄度和性能,这种透镜已开始运用于各个领域。
三田广场内的照明试制机的照片
采访

薄型透镜改变LED照明的未来

?#38750;?#20809;学模拟技术,为快速发展创造契机
电子设备部门技术开发部 滨松工厂

其实,从整个行业来看,美蓓亚三美涉足照明器材事业的时间最晚。然而时至今日,在超薄智能手机使用的小型LED背光板市场上,美蓓亚三美的份额雄踞全球第一,与顶梁柱机?#23548;?#24037;品事业在伯仲之间。通过运用在这一过程中彻底钻研、一点一?#20301;?#32047;的光学模拟技术,照明用透镜的功能实现了过去无法想象的大幅改善。现在,为了进一步提高性能,我们?#21248;?#22312;日以继夜地进行研发。上午、?#24418;紜?#40657;夜,光在任何场景中都与我们的生活密切相关。生活的方方面面都需要照明。美蓓亚三美今后也要凭借自由控光的技术,继续向照明的可能性发起挑战。

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