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什么是LED透镜

浏览:3 发表时间:2017-11-08 20:04:53

        LED 透镜即与 LED 联系在一起的密切相关的透镜,其他如照相机、望远镜等透镜 不属于本文讲解范围,本文着重讲解 PMMA 材料的二次聚光大功率 LED 透镜。

一,LED 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; 

2、PMMA 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(可以通过注塑完成);透光率高(3mm 厚度时穿 透率 93%左右);缺点:耐温 70%(热变形温度 90 度); 

3、PC 透镜 

a. 光学级尼龙料 Polycarbonate(简称 PC)聚碳酸酯 

b. 塑胶类材料,优点:生产效率高(可以通过注塑完成);耐温高(130 度以上); 缺点:透光率稍底(87%); 

4、玻璃透镜 光学玻璃材料,具有透光率高(97%)耐温高等特点,缺点:易碎、非球面精度不易实 现、生产效率低、成本高等。

二,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)按理论发光是 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,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收集 chip 的所有光线并可得到如 160 度、 140 度、120 度、90 度甚至 60 度(不同需要)的出光角度; 

c. 一次透镜多用 PMMA 或硅胶材料。

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 的大角度光(一般为 90-120 度)再次聚光成 5 度至 80 度任意想要得到的角度; 

c. 二次透镜材料大都用 PMMA 或玻璃。

三,LED 透镜规格分类 穿透式(凸透镜):

1、 穿透式(凸透镜) 

a. 当 LED 光线经过透镜的一个曲面(双凸有个曲面)时光线会反生折射而聚光,而 且当调整透镜与 LED 之间的距离时角度也会变化(成反比),经过非球面技术设计的 曲面光斑将会非常均匀,但因为透镜直径的局限性,透镜侧面的光线得不到利用(漏 光); 

b.一般应用在大角度(40-80 度)聚光,如台灯,路灯,室内灯具等; 全反射式(锥型或叫杯型)

2、 全反射式(锥型或叫杯型) 

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、LED 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 3 合 1、5 合 1 甚至几十颗合一的透镜模组; 

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。 

四,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 CREE、lumileds、 汉半、欧司朗、艾笛森、长森源等),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;

2、利用光学设计软件(如 Trace pro、CodeV、Zemax 等)设计并进行模拟光学跑光, 设计得到相应的光学非球面曲面;

3、LED 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、镜片偏心度要达到 3μm 以内。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(例如:PRECITECH NANOFORM 350)、CNC 综合 加工机、平面磨床、铣床、CNC 放电加工机、表面轮廓仪等。

4、模具最精密的部件在于光学模仁,首先选用专用模仁钢材,完成初胚,镀镍后再用超精 密加工机进行非球面技术加工曲面。 

五,LED 透镜的用料及生产: 

1、LED 透镜作为光学级的产品,对透光性、缩水性要求极高。原材料一般采用高档光学级 PMMA。目前为日本三菱 PMMA 材料为最好(现在的 VH5 与 VH001 质量更高),同样是三菱的南通料就会稍逊一些; 

2、必须配备万级甚至更高级别的无尘车间,作业人员必须着防静电服装,以及戴手指套、 戴口罩等防静电防尘措施,并且定期对车间做检验与清理;

3、须有专业的光学注塑机(电动)如法拉克,东洋,海天,佳明等品牌功率在 35T 以上, 并严格控制注塑温度、时间,降低产品缩水率,绝不能添加水口料重复利用,才能保证 产品更符合设计方案; 4、产品必须用防静电防尘 PVC 包装,并且须完全密封包装,存放必须注意控制温度与湿 度,并且最好不要存放超过一年以上。

从以上 LED 透镜的设计与生产过程来看,看似简单的 LED 透镜,从设计到成品,其对软 件、硬件的要求都非常高,这也造成了市场上 LED 透镜的价格差异很大。从 LED 照明普及的 美好前景来看,透镜做为 LED 照明灯具的配套产品,市场前景也将越来越好。


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