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大功率LED燈珠透鏡知識

1.硅膠透鏡

a.因為硅膠耐溫高(也可以過回流焊),因此常用來直接封裝在LED芯片上。

b.一般硅膠透鏡體積較小,直徑3-10mm。

2.PMMA透鏡

a.光學級PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯、亞克力)。

b.塑料類材料

優點:生產效率高(可以通過注塑、擠塑完成);透光率高(3mm厚度時穿透率93%左右);

缺點:溫度不能超過80°(熱變形溫度92度)。

3.PC透鏡

a.光學級料Polycarbonate(簡稱PC)聚碳酸酯

b.塑料類材料

優點:生產效率高(可以通過注塑、擠塑完成);透光率稍低(3mm厚度時穿透率89%左右);

缺點:溫度不能超過110°(熱變形溫度135度)。

4.玻璃透鏡

光學玻璃材料

優點:具有透光率高(97%)、耐溫高等特點;

缺點:形狀單一、易碎、批量生產不易實現、生產效率低、成本高等。

(目前國內已有極少廠家開始研發玻璃模造工藝,使用模具熔鑄生產玻璃透鏡,可生產各種形狀、特殊表面的透鏡。另外,模具化生產,產品一致性好、精密度高,并且可以極大的提升生產效率,有效降低玻璃透鏡的成本,加上透光率高的特點,玻璃透鏡勢必成為光學塑料類大功率LED透鏡的替代性產品。不過目前此類生產設備的價格高昂,短期內很難普及。此外玻璃較PMMA 、PC料易碎的缺點,還需要更多的研究與探索,以現在可以實現的改良工藝來說,只能通過鍍膜或鋼化處理來提升玻璃的不易碎特性,雖然經過這些處理,玻璃透鏡的透光率會有所降低,但依然會遠遠大于普通光學塑料透鏡的透光效果。所以玻璃透鏡的前景將更為廣闊。)


二大功率LED燈珠透鏡的應用分類

1.一次透鏡

a.一次透鏡是直接封裝(或粘合)在LED芯片支架上,與LED成為一個整體。

b.LED芯片(chip)理論上發光是360度,但實際上芯片在放置于LED燈珠支架上得以固定及封裝,所以芯片最大發光角度是180度(大于180°范圍也有少量余光),另外芯片還會有一些雜散光線,這樣通過一次透鏡就可以有效匯聚chip的所有光線并可得到如180°、160°、140°、120°、90°、60°等不同的出光角度,但是不同的出光角度LED燈珠的出光效率有一定的差別(一般的規律是:角度越大效率越高)。

c.一次透鏡一般用PMMA 、PC 、光學玻璃、硅膠等材料。

2.二次透鏡

a.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。

b.二次透鏡的功能是將LED燈珠的發光角度再次匯聚光成5°至160°之間的任意想要的角度,光場的分布主要可分為:圓形、橢圓形、矩形。

c.二次透鏡材料一般用光學級PMMA或者PC;目前只在特殊情況下才選擇玻璃。但隨著玻璃模造工藝的推廣與普及,二次透鏡將會迎來一次材料性的革命,光學玻璃將替代光學級的PMMA或者PC。

三大功率LED燈珠透鏡規格分類

1.穿透式(凸透鏡)

a.當LED光線經過透鏡的一個曲面(雙凸有 2 個曲面)時光線會發生折射而聚光,而且當調整透鏡與LED之間的距離時角度也會變化(角度與距離成反比),經過光學設計的透鏡光斑將會非常均勻,但由于透鏡直徑和透鏡模式的限制,LED的光利用率不高及光斑邊緣有比較明顯的黃邊(產生黃邊的原因暫不贅述);

b.一般應用在大角度(50°以上)的聚光,如臺燈、吧燈等室內照明燈具;

2.折反射式(錐型或杯型)

a.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并反射出去,而這兩種光線的重迭(角度相同)就可得到最完善的光線利用與漂亮的光斑效果;

b.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.透鏡模塊

a.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塊;也可以把兩個單獨的透鏡通過支架組合在一起。

b.此設計有效節省生產成本,實現產品質量的一致性,節省燈具結構空間,更容易實現 “大功率 ”等特點。

四大功率LED燈珠透鏡設計與模具加工

1.首先取決于光源(大功率LED燈珠),不同品牌的大功率LED燈珠(例如CREE 、統佳、lumileds 、首爾、歐司朗等),其芯片結構與封裝方式、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),才能達成實際需要的效果;

2.利用光學設計軟件(如Code V、ZEMAX 、TracePro 、ASAP、LighTools等)和機械建模軟件(如:Pro/E 、UG 、SOLIDWORKS等)進行設計和光學仿真,不斷優化而得到相應的光學透鏡.

3.LED透鏡本身屬于精密光學配件,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。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(如:PRECITECH NANOFORM 350)、CNC綜合加工機、精密磨床、精密銑床、鉆床、CNC 精密火花機、表面輪廓儀、干涉儀等。

4.模具最精密的部件在于光學模仁,首先必須選用專用模仁鋼材(如:瑞典S136鏡面鋼)經過熱處理到55°,完成粗胚,在粗胚上經過鍍鎳處理后再用超精密加工機進行曲面加工而得到。

五大功率LED燈珠透鏡的用料及生產

1.LED透鏡作為光學級的產品,對透光性、熱穩定性、密度、折射率均勻性、折射率穩定性、吸水性、混濁度、最高長期工作溫度等都有嚴格的要求。因此,必須根據實際選擇透鏡的材料。原則上選擇光學級PMMA,如有特殊的需求可選擇光學級PC。目前為日本三菱PMMA材料為最好(VH001是經常選擇的牌號),三菱公司在中國的分廠南通麗陽就會稍遜一些;

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、戴手指套、戴口罩等防靜電防塵措施,并且定期對車間做檢驗與清理。

3.須有專業的光學注塑機如東芝...等品牌的注塑機,并嚴格控制注塑工藝才能得到合格的產品。

4.產品檢驗:無氣泡、無凹陷、無縮痕、無流紋、無月牙;形狀精度 Rt<0.005表面粗糙度 Ra<0.0002。

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