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LED透镜解析

发布时间:2020-04-02 点击次数:630


1LED透镜的材料种类


1.硅胶透镜

a. 因为硅胶耐温高(也可以过回流焊),因此常用直接封装在LED芯片上。

b. 一般硅胶透镜体积较小,直径3-10mm

2PMMA透镜

a. 光学级PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯,俗称:亚克力)。

b .塑胶类材料,优点:生产效率高(可以通过注塑、挤塑完成);透光率高(3mm厚度时穿透率93%左右);缺点:温度不能超过80°(热变形温度92度)。

3PC透镜

a. 光学级料Polycarbonate(简称PC)聚碳酸酯。

b. 塑胶类材料,优点:生产效率高(可以通过注塑、挤塑完成);透光率稍低(3mm厚度时穿透率89%左右);缺点:温度不能超过110°(热变形温度135度)。

4.玻璃透镜

  光学玻璃材料,优点:具有透光率高(97%)、耐温高等特点;缺点:体积大质量重、形状单一、易碎、批量生产不易实现、生产效率低、成本高等。不过目前此类生产设备的价格高昂,短期内很难普及。此外玻璃较PMMAPC料易碎的缺点,还需要更多的研究与探索,以现在可以实现的改良工艺来说,只能通过镀膜或钢化处理来提升玻璃的不易碎特性,虽然经过这些处理,玻璃透镜的透光率会有所降低,但依然会远远大于普通光学塑料透镜的透光效果。所以玻璃透镜的前景将更为广阔。



2、LED透镜的应用分类


 1.一次透镜

a. 一次透镜是直接封装(或粘合)在LED芯片支架上,与LED成为一个整体。

b. LED芯片(chip)理论上发光是360度,但实际上芯片在放置于LED支架上得以固定及封装,所以芯片最大发光角度是180度(大于180°范围也有少量余光),另外芯片还会有一些杂散光线,这样通过一次透镜就可以有效汇聚chip的所有光线并可得到如180°160°140°120°90°60°等不同的出光角度,但是不同的出光角度LED的出光效率有一定的差别(一般的规律是:角度越大效率越高)。

c. 一次透镜一般用PMMAPC、光学玻璃、硅胶等材料。

2.二次透镜

a. 二次透镜与LED是两个独立的物体,但它们在应用时确密不可分。

b. 二次透镜的功能是将LED光源的发光角度再次汇聚光成160°之间的任意想要的角度,光场的分布主要可分为:圆形、椭圆形、矩形。

c. 二次透镜材料一般用光学级PMMA或者PC;在特殊情况下可选择玻璃。



3、LED透镜规格分类


1.穿透式(凸透镜)

a. LED光线经过透镜的一个曲面(双凸有个曲面)时光线会发生折射而聚光,而且当调整透镜与LED之间的距离时角度也会变化(角度与距离成反比),经过光学设计的透镜光斑将会非常均匀,但由于透镜直径和透镜模式的限制,LED的光利用率不高及光斑边缘有比较明显的黄边;

b.一般应用在大角度(50°以上)的聚光,如台灯、吧灯等室内照明灯具;

2.折反射式(锥型或杯型)

a.透镜的设计在正前方用穿透式聚光,而锥形面又可以将侧光全部收集并反射出去,而这两种光线的重叠(角度相同)就可得到最完善的光线利用与漂亮的光斑效果;

b.也可在锥形透镜表面做些改变,可设计成镜面、磨砂面、珠面、条纹面、螺纹面、凸或凹面等而得到不同光斑效果。

3.透镜模组

a. 是将多个单颗透镜通过注塑完成一个整体的多头透镜,按不同需求可以设计成3151甚至几十颗合一的透镜模组;也可以把两个单独的透镜通过支架组合在一起。

b. 此设计有效节省生产成本,实现产品品质的一致性,节省灯具机构空间,更容易实现大功率等特点。

 


4、LED透镜的设计与模具加工


1.首先取决于光源(大功率LED),不同品牌的大功率LED(例如CREElumiledslumiledsSSCOSRAMEVERLIGHTEDSION等),其芯片结构与封装方式、光线特性等均会有所区别,从而造成同样的透镜搭配不同规格品牌LED时会所差异;所以要求有针对性开发(以主流品牌为导向),才能达成实际需要的效果;

2.利用光学设计软件(如Code VZEMAXTraceProASAPLighTools等)和机械建模软件(如:Pro/EUGSOLIDWORKS)进行设计和光学仿真,不断优化而得到相应的光学透镜

3LED透镜本身属于精密光学配件,故其对模具的精度要求极高,特别是透镜光学曲面的加工精度要达到0.1μm。一般对此类高精度模具的加工必须具有以下设备:超精密加工机(如:PRECITECHNANOFORM 350)、CNC 综合加工机、精密磨床、精密铣床、钻床、CNC 精密火花机、表面轮廓仪、干涉仪等。。

4.模具最精密的部件在于光学模仁,首先必须选用专用模仁钢材(如:瑞典S136镜面钢)经过热处理到55°,完成粗胚,在粗胚上经过镀镍处理后再用超精密加工机进行曲面加工而得到。




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