大功率LED透镜知识普及.doc

大功率HYPERLINK"http://lights.ofweek.com"LED透镜/反光杯主要用于大功率LED冷光源系列产品的聚光，导光等。大功率LED透镜根据不同LED出射光的角度设计配光曲线，通过增加光学反射，减少光损，提高光效(而设定的非球面光学透镜)。下面着重讲解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;
(1)因为硅胶耐温高(也可以过回流焊)，因此常用直接封装在HYPERLINK"http://lights.ofweek.com/CAT-220008-LEDchip.html"LED芯片上;
(2)一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm;
2、PMMA透镜
(1)光学级PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，俗称：亚克力)
(2)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
(1)光学级尼龙料Polycarbonate(简称PC)聚碳酸酯
(2)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
(1)一次透镜是直接封装(或粘合)在HYPERLINK"http://lights.ofweek.com"LED芯片支架上，与LED成为一个整体;
(2)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;
(3)一次透镜多用PMMA或硅胶材料。
2、二次透镜
(1)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;
(2)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;
(3)二次透镜材料大都用PMMA或玻璃。
三、LED透镜规格分类
1、穿透式(凸透镜)
(1)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);
(2)一般应用在大角度(40-80度)聚光，如台灯，路灯，室内灯具等;
2、全反射式(锥型或叫杯型)
(1)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;
(2)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
(1)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;
(2)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、首尔、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Tracepro、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：PRECITECHNANOFORM350)、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;
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