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0431-81702023
光学工程
大功率led透镜的种类、应用、设计、加工

      大功率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;
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);
3pc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
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;
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、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。

 


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