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1、LED 透镜专业解释 前言: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 材料之二次聚 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(可以过回流焊),因此常用于直接封装在 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 (化学名:聚甲基丙烯酸甲酯,俗称:亚克力、有机玻 璃)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70C(热变形温度90C);3 PC 透镜a.
2、 光学级Polycarbonate (简称PC,化学名: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(130C 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。缺点是易碎、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,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,另外芯片还会有 一些杂散光线,通过一次透镜可以有效收集 chip 的
3、所有光线并可得到如 160、140、120、90,甚至 60等所需要的出光角度;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,但它们在应用时却密不可分;b二次透镜的功能是将LED的大角度光(一般为90120)再次聚光 成5。80。任意想要得到的角度,同时因为聚光角的缩小,从而使照度得到 明显提高;c 二次透镜的材料基本采用 PMMA 、PC 或玻璃。三, LED 透镜规格分类1 穿透式(凸透镜)a. 当 LED 光线经过透镜的一个曲面(双凸有两个曲面)时光线会反生折 射而达到聚光效果,当调整透镜与 LED 之间的距离时角度也会发生变化成反比),经
4、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,透镜侧面的一部份光线得不到利用(会出现不可避免漏光 现象,目前的光学技术还无法对此问题提出可行性改善方案);b. 般应用在大角度(40。-80。)聚光,如台灯,路灯,室内灯具等;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(角度基本相同)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、凸面或凹面等而得到不同光斑效果。3, LED 透镜模组(多头透镜)a. 是将多个单颗透镜通过
5、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, 更容易体现“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、Osram、艾笛森、长森源等),其芯片结构与圭寸 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
6、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;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O.lym、镜片偏心度要达到3ym以內。 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
7、档光学级PMMA。目前为日本三菱PMMA材料为最好(三 菱新开发的VH5比常用的VHOO1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、戴手指套、戴口罩等,做好防静电、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,以降低产品缩水率。 另外,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。