全面為你解讀高功率LED照明透鏡特性

2021-01-10 電子發燒友
全面為你解讀高功率LED照明透鏡特性

SKY 發表於 2012-12-14 11:54:21

　　大功率LED透鏡/反光杯主要用於大功率LED冷光源系列產品的聚光，導光等。大功率LED透鏡根據不同LED出射光的角度設計配光曲線，通過增加光學反射，減少光損，提高光效（而設定的非球面光學透鏡）。下面著重講解PMMA材料的二次聚光大功率LED透鏡。

　　一、LED透鏡的材料種類

　　1、矽膠透鏡;

　　（1）因為矽膠耐溫高（也可以過回流焊），因此常用直接封裝在LED晶片上;

　　（2）一般矽膠透鏡體積較小，直徑3-10mm;

　　2、PMMA透鏡

　　（1）光學級PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗稱：亞克力）

　　（2）塑膠類材料，優點：生產效率高（可以通過注塑完成）;透光率高（3mm厚度時穿透率93%左右）;缺點：耐溫70%（熱變形溫度90度）;

　　3、PC透鏡

　　（1）光學級尼龍料Polycarbonate（簡稱PC）聚碳酸酯

　　（2）塑膠類材料，優點：生產效率高（可以通過注塑完成）;耐溫高（130度以上）;缺點：透光率稍底（87%）;

　　4.、玻璃透鏡

　　光學玻璃材料，具有透光率高（97%）耐溫高等特點，缺點：易碎、非球面精度不易實現、生產效率低、成本高等。

　　二、LED透鏡的應用分類

　　1、一次透鏡

　　（1）一次透鏡是直接封裝（或粘合）在LED晶片支架上，與LED成為一個整體;

　　（2）LED晶片（chip）按理論發光是360度，但實際上晶片在放置於LED支架上得以固定及封裝，所以晶片最大發光角度是180度，另外晶片還會有一些雜散光線，這樣通過一次透鏡就可以有效收集chip的所有光線並可得到如160度、140度、120度、90度甚至60度（不同需要）的出光角度;

　　（3）一次透鏡多用PMMA或矽膠材料。

　　2、二次透鏡

　　（1）二次透鏡與LED是兩個獨立的物體，但它們在應用時確密不可分;

　　（2）二次透鏡的功能是將LED的大角度光（一般為90-120度）再次聚光成5度至80度任意想要得到的角度;

　　（3）二次透鏡材料大都用PMMA或玻璃。


　　三、LED透鏡規格分類

　　1、穿透式（凸透鏡）

　　（1） 當LED光線經過透鏡的一個曲面（雙凸有個曲面）時光線會反生折射而聚光，而且當調整透鏡與LED之間的距離時角度也會變化（成反比），經過非球面技術設計的曲面光斑將會非常均勻，但因為透鏡直徑的局限性，透鏡側面的光線得不到利用（漏光）;

　　（2）一般應用在大角度（40-80度）聚光，如檯燈，路燈，室內燈具等;

　　2、全反射式（錐型或叫杯型）

　　（1）透鏡的設計在正前方用穿透式聚光，而錐形面又可以將側光全部收集並反射出去，而這兩種光線的重疊（角度相同）就可得到最完善的光線利用與漂亮的光斑效果;

　　（2）也可在錐形透鏡表面做些改變，可設計成鏡面、磨砂面、珠面、條紋面、螺紋面、凸或凹面等而得到不同光斑效果。

　　3、LED透鏡模組

　　（1）是將多個單顆透鏡通過注塑完成一個整體的多頭透鏡，按不同需求可以設計成3合1、5合1甚至幾十顆合一的透鏡模組;

　　（2）此設計有效節省生產成本，實現產品品質的一致性，節省燈具機構空間，更容易實現「大功率」等特點。

　　四、LED透鏡的設計與模具加工

　　1、首先取決於光源（大功率LED），不同品牌的大功率LED（例如CREE、lumileds、首爾、歐司朗、艾笛森、長森源等），其晶片結構與封裝方式、光線特性等均會有所區別，從而造成同樣的透鏡搭配不同規格品牌LED時會所差異;所以要求有針對性開發（以主流品牌為導向），才能達成實際需要;

　　2、利用光學設計軟體（如Trace pro、CodeV、Zemax等）設計並進行模擬光學跑光，設計得到相應的光學非球面曲面;

　　3、LED透鏡本身屬於精密光學配件，故其對模具的精度要求極高，特別是透鏡光學曲面的加工精度要達到 0.1μm、鏡片偏心度要達到3μm 以內。一般對此類高精度模具的加工必須具有以下設備：超精密加工機（例如：PRECITECH NANOFORM 350）、CNC 綜合加工機、平面磨床、銑床、CNC 放電加工機、表面輪廓儀等。

　　4、模具最精密的部件在於光學模仁，首先選用專用模仁鋼材，完成初胚，鍍鎳後再用超精密加工機進行非球面技術加工曲面。

　　五、LED透鏡的用料及生產

　　1、LED透鏡作為光學級的產品，對透光性、縮水性要求極高。原材料一般採用高檔光學級PMMA。目前為日本三菱PMMA材料為最好（現在的VH5與VH001質量更高），同樣是三菱的南通料就會稍遜一些;

　　2、必須配備萬級甚至更高級別的無塵車間，作業人員必須著防靜電服裝，以及戴手指套、戴口罩等防靜電防塵措施，並且定期對車間做檢驗與清理;

　　3、須有專業的光學注塑機（電動）如法拉克，東洋，海天，佳明等品牌功率在35T以上，並嚴格控制注塑溫度、時間，降低產品縮水率，絕不能添加水口料重複利用，才能保證產品更符合設計方案;

　　4、產品必須用防靜電防塵PVC包裝，並且須完全密封包裝，存放必須注意控制溫度與溼度，並且最好不要存放超過一年以上。

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