Tìm Hiểu Vai Trò Của Quang Học Trong Đèn LED

Tìm hiểu về cách một hệ thống quang học được thiết kế là chìa khóa để hiểu được mục đích và tầm quan trọng của nó.

Quang học LED là gì?

Hãy chơi một trò chơi nhỏ ở đây, bạn nghĩ gì khi mọi người nói đèn LED quang học? Bạn có tưởng tượng thấy một loại thấu kính rất phức tạp giúp lấy nét hoặc lan tỏa ánh sáng không? Về cơ bạn, bạn đúng. Tuy nhiên, suy nghĩ đó đi hơi xa. 

Tìm bất kỳ đèn LED cơ bản nào gần bạn. Bây giờ bạn đã tắt nó đi. Bạn có thể thấy có khối cầu bảo vệ nhỏ trên mỗi diode. Đó là những gì chúng tôi gọi là quang chính. Mục đích của nó là bảo vệ diode và giúp định hình “đầu ra”. Tuy nhiên, quang chính không thực sự tập trung ánh sáng đến nơi cần thiết lắm, nếu bạn chỉ để nguyên thì sẽ không sử dụng được cho hầu hết các ứng dụng.

Đối với những người mới bắt đầu, nó thiếu cường độ chiếu sáng ở khoảng cách xa, như vậy không thể sử dụng cho những nơi có không gian lớn. Đây là nơi quang học thứ cấp (thấu kính, gương phản xạ, quang học TIR, v.v.) tham gia vào. Công việc của quang học thứ cấp là thu thập tất cả ánh sáng đó và phóng đại cường độ của nó về phía mục tiêu.

Quang học LED là gì?

Nghe có vẻ dễ dàng, phải không?

Sẽ không khó để tạo ra chóa phản xạ và thấu kính cho đèn LED, khá dễ dàng vì các nhà sản xuất đã làm điều này trong nhiều năm. Tuy nhiên, người ta phải hiểu rằng đèn LED phát ra ánh sáng khác với các hình thức chiếu sáng truyền thống, cũ hơn. Ví dụ, đèn sợi đốt chiếu sáng 360 độ. Mặt khác, đèn LED chỉ chiếu sáng 180 độ (còn gọi là chiếu sáng định hướng). Do thiết kế cơ bản của đèn LED, nó chỉ có thể phát ra ánh sáng ở góc tối đa là 180 độ.

Các thiết bị chiếu sáng LED sử dụng ít nhất một loại quang thứ cấp để thay đổi chùm ánh sáng đến từ nguồn LED. Có hai loại quang học LED thứ cấp: Thấu kính và Bộ phản xạ. Dưới đây là tóm tắt nhanh về từng loại.

Xem thêm: Ánh sáng tác động đến con người

Thấu kính

Các thấu kính LED có nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau. Chúng có thể có hình vuông, hình lục giác hoặc hình tròn. Chúng thường được làm từ nhựa và silicone để tạo độ mềm dẻo nhưng vẫn đủ cứng để giữ nguyên hình dạng.

Do tính linh hoạt của thấu kính, chúng có thể được sử dụng với con LED đơn hoặc nhiều con LED. Do đó, chúng thường là lựa chọn cho các mô-đun hoặc dải LED. Với loại ống kính phù hợp, chúng có thể tạo ra nhiều hiệu ứng khác nhau. Thêm thực tế là một ống kính có thể mang lại cho đèn LED một nét thẩm mỹ nhất định và bạn có một gói hoàn chỉnh.

Chóa phản xạ

Một loại quang LED thứ cấp khác được gọi là chóa phản xạ. Chóa phản xạ hoạt động gần giống như thấu kính mặc dù sự khác biệt là chóa phản xạ không có nhiều khả năng kiểm soát như thấu kính. Tuy nhiên, chúng là một giải pháp rẻ hơn nhiều so với thấu kính.

Hầu hết các tấm phản xạ được làm từ nhựa và chúng thường có lớp phủ kim loại. Để đạt được các hiệu ứng khác nhau, chóa phản xạ thường nhẵn hoặc có nhiều mặt bên trong và có các hình dạng khác nhau. Để tùy chỉnh thêm, gương phản xạ thường chứa thấu kính phụ để khuếch tán hoặc kiểm soát ánh sáng hơn một chút.

Xem thêm: Choá đèn là gì?

Tại sao chúng ta cần ánh sáng đèn LED tập trung?

Đèn LED đang làm mưa làm gió trên toàn thế giới và không thể phủ nhận rằng nó sẽ là tiêu chuẩn trong nhiều năm tới. Công nghệ này vẫn đang được cải thiện và hiện nó đang được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. Chúng bao gồm những điều sau:

1. Đèn chiếu sáng nội thất
2. Đèn đường ngoài trời
3. Đèn sân vườn
4. Đèn kiến trúc
5. Đèn sân khấu

Lưu ý rằng trên tất cả các ứng dụng được đề cập ở trên, chúng đều cần một thứ – ánh sáng tập trung. Chỉ với quang chính và diode, đèn LED không thể thực hiện cho những mục đích như vậy. Nếu không có quang học phụ, đèn LED sẽ không thể cung cấp đủ cường độ đến bề mặt mục tiêu.

Chúng ta sẽ không nói quá về kỹ thuật ở đây nhưng hãy nghĩ về nó theo cách này. Nếu bạn muốn giới thiệu cảnh quan sân vườn mà bạn có ở nhà, bạn muốn ánh sáng chỉ được chiếu khắp nơi hay tập trung vào những phần thực sự có thể thu hút sự chú ý của người xem.

Quang học thứ cấp hoạt động theo cách mà chúng cung cấp một chùm ánh sáng có kiểm soát mà bạn có thể chỉ vào một điểm nhất định để có được cường độ đầy đủ. Theo một cách nào đó, quang học thứ cấp được sử dụng để chuẩn trực các tia sáng. Tia sáng chuẩn trực chứa các tia song song và do đó không lan truyền nhiều. Trong khi vật lý sẽ cho chúng ta biết rằng không có cách nào để xếp các ánh sáng song song hoàn hảo do nhiễu xạ và hạn chế của bộ phát, mắt chúng ta hầu như không thể nhìn thấy sự khác biệt.

Để hiểu thêm về cách một thấu kính hoặc quang phụ có thể chuẩn trực một chùm tia, hãy giới thiệu một số thuật ngữ. Bây giờ, hãy hiểu rằng có những thứ như góc nhìn hoặc toàn bộ chiều rộng tối đa một nửa (FWHM). Những gì bạn chỉ cần nhớ là FWHM là bề rộng góc của chùm sáng khi cường độ ở cạnh bằng một nửa cường độ từ tâm của chùm.

Mặc dù đây là cách dễ nhất để phân loại quang học, nhưng điều này vẫn bỏ qua sự khác biệt chính được trình bày bởi các nền tảng quang học khác nhau (thường là bởi các điốt có kích thước khác nhau). Về cơ bản, quang học có thể có góc nhìn giống hệt nhau nhưng vẫn khác nhau về cường độ và chất lượng do thiết kế quang học của bộ phát.

Mặc dù mục đích chính của quang phụ là để chuẩn trực chùm ánh sáng, nhưng đó không phải là mục đích duy nhất mà nó có. Quang học thứ cấp cũng được sử dụng để đảm bảo tính đồng nhất của màu sắc và phân bố ánh sáng đều trong khu vực được nhắm mục tiêu. Tùy thuộc vào quang học và ống kính bạn sử dụng, bạn sẽ nhận được các kết quả khác nhau.

Tận dụng việc sử dụng quang học để phân phối ánh sáng tốt hơn

 Thật khó để mô tả một loại ống kính cụ thể hoạt động tốt như thế nào. Trên thực tế, chã có bất gì quỷ chuẩn gì cho nó. Tuy nhiên, các chuyên gia vẫn tìm ra cách để định lượng hiệu suất của quang học bằng cách sử dụng một số tham số và cách chúng liên quan với nhau.

Nhưng vì lợi ích của chúng ta, chúng ta sẽ cố gắng đơn giản hóa nó.

Tận dụng việc sử dụng quang học để phân phối ánh sáng tốt hơn.

Không có một số liệu nào có thể mô tả đầy đủ hiệu suất quang học của một ống kính nhất định. Để chỉ định một thấu kính tối ưu cho một ứng dụng nhất định, các nhà thiết kế chiếu sáng cần hiểu một số thông số và mối quan hệ giữa chúng.

Khi nói về quang thông, bạn sẽ tập trung vào hiệu suất quang học của thấu kính. Đối với thấu kính được làm bằng vật liệu chất lượng cao, chúng có thể đạt đến xếp hạng hiệu quả từ 90% trở lên. Mặc dù đây có vẻ là một cách hay để đo mức độ “tốt” của một ống kính cụ thể, nhưng nó vẫn không cho chúng ta một bức tranh toàn cảnh.

Vẫn còn rất nhiều yếu tố cần xem xét như góc FWHM toàn chiều rộng một nửa tối đa và con số candela-trên-lumen (cd / lm). Với tất cả những yếu tố này được xem xét, các nhà thiết kế có thể đưa ra những đánh giá thực tế hơn về hiệu ứng ánh sáng và “mức độ tốt của chúng” về phân bố và cường độ.

Hãy xem xét một thấu kính có độ đối xứng hoàn hảo mang lại cường độ ánh sáng tối đa tại tâm của nó. Tìm góc mà cường độ chiếu sáng bằng 50% so với giá trị cực đại và bạn sẽ nhận được FWHM. FWHM có thể cho chúng ta biết rõ mức độ hẹp của chùm tia. Vì vậy, điều này không quá khó hiểu, một số nhà cung cấp cung cấp góc trong đó cường độ là 10% của mức tối đa.

Điều này giúp các nhà thiết kế và kỹ sư ánh sáng có thể biết rõ lượng ánh sáng đi lạc từ chùm sáng chính. Bằng cách so sánh sự khác biệt về cường độ giữa góc FWHM và 10%, chúng ta có thể dễ dàng thấy được mức độ tập trung và thu hẹp của chùm ánh sáng được tạo ra.

 Xem thêm: Các mẫu đèn led ở Halana