大功率LED灯珠透镜知识.doc

台湾统佳科技股份有限公司东莞市统佳光电科技有限公司中国区客服：400 676 8616 统佳中国区网址： 统佳-专业研发封装销售大功率LED灯珠，贴片LED灯珠，插件LED灯珠，小蝴蝶LED灯珠一、大功率LED灯珠透镜的材料种类1 大功率LED灯珠硅胶透镜a. 因为硅胶耐温高（也可以过回流焊），因此常用来直接封装在LED芯片上。b. 一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm。2大功率LED灯珠PMMA透镜a. 光学级PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗称：亚克力）。b .塑料类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑、挤塑完成）；透光率高（3mm厚度时穿透率93%左右）；缺点：温度不能超过80（热变形温度92度）。3大功率LED灯珠PC透镜a. 光学级料Polycarbonate（简称PC）聚碳酸酯。b. 塑料类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑、挤塑完成）；透光率稍低（3mm厚度时穿透率89%左右）；缺点：温度不能超过110（热变形温度135度）。4大功率LED灯珠玻璃透镜光学玻璃材料，优点：具有透光率高（97%）、耐温高等特点；缺点：形状单一、易碎、批量生产不易实现、生产效率低、成本高等。但是，目前国内已有极少厂家开始研发玻璃模造工艺，使用模具熔铸生产玻璃透镜，可生产各种形状、特殊表面的透镜。另外，模具化生产，产品一致性好、精密度高，并且可以极大的提升生产效率，有效降低玻璃透镜的成本，加上透光率高的特点，玻璃透镜势必成为光学塑料类大功率LED透镜的替代性产品。不过目前此类生产设备的价格高昂，短期内很难普及。此外玻璃较PMMA、PC料易碎的缺点，还需要更多的研究与探索，以现在可以实现的改良工艺来说，只能通过镀膜或钢化处理来提升玻璃的不易碎特性，虽然经过这些处理，玻璃透镜的透光率会有所降低，但依然会远远大于普通光学塑料透镜的透光效果。所以玻璃透镜的前景将更为广阔。二、大功率LED灯珠透镜的应用分类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）理论上发光是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（大于180范围也有少量余光），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汇聚chip的所有光线并可得到如180、160、140、120、90、60等不同的出光角度，但是不同的出光角度LED的出光效率有一定的差别（一般的规律是：角度越大效率越高）。c. 一次透镜一般用PMMA、PC、光学玻璃、硅胶等材料。2大功率LED灯珠二次透镜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光源的发光角度再次汇聚光成5至160之间的任意想要的角度，光场的分布主要可分为：圆形、椭圆形、矩形。c. 二次透镜材料一般用光学级PMMA或者PC；目前只在特殊情况下才选择玻璃。但随着玻璃模造工艺的推广与普及，二次透镜将会迎来一次材料性的革命，光学玻璃将替代光学级的PMMA或者PC。三、大功率LED灯珠透镜规格分类1 穿透式（凸透镜）a. 当LED光线经过透镜的一个曲面（双凸有2个曲面）时光线会发生折射而聚光，而且当调整透镜与LED之间的距离时角度也会变化（角度与距离成反比），经过光学设计的透镜光斑将会非常均匀，但由于透镜直径和透镜模式的限制，LED的光利用率不高及光斑边缘有比较明显的黄边（产生黄边的原因暂不赘述）；b一般应用在大角度（50以上）的聚光，如台灯、吧灯等室内照明灯具；2 折反射式（锥型或杯型）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，而这两种光线的重迭（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透镜模块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块；也可以把两个单独的透镜通过支架组合在一起。b. 此设计有效节省生产成本，实现产品质量的一致性，节省灯具机构空间，更容易实现“大功率”等特点。四、大功率LED灯珠透镜的设计与模具加工1 首先取决于光源（大功率LED灯珠），不同品牌的大功率LED灯珠（例如CREE、统佳lumileds、首尔、欧司朗、亿光、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），才能达成实际需要的效果；2 利用光学设计软件（如Code V、ZEMAX、TracePro、ASAP、LighTools等）和机械建模软件（如：Pro/E、UG、SOLIDWORKS等)进行设计和光学仿真，不断优化而得到相应的光学透镜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 0.1m。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（如：PRECITECH NANOFORM 350）、CNC 综合加工机、精密磨床、精密铣床、钻床、CNC 精密火花机、表面轮廓仪、干涉仪等。4模具最精密的部件在于光学模仁，首先必须选用专用模仁钢材（如：瑞典S136镜面钢）经过热处理到55，完成粗胚，在粗胚上经过镀镍处理后再用超精密加工机进行曲面加工而得到。五，大功率LED灯珠透镜的用料及生产1 LED透镜作为光学级的产品，对透光性、热稳定性、密度、折射率均匀性、折射率稳定性、吸水性、混浊度、最高长期工作温度等都有严格的要求。因此，必须根据实际选择透镜的材料。原则上选择光学级PMMA，如有特殊的需求可选择光学级PC。目前为日本三菱PMMA材料为最好（VH001是经常选择的牌号），三菱公司在中国的分厂南通丽阳就会稍逊一些；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如东芝、德马格、海天、震雄等品牌的注塑机，并严格控制注塑工艺才能得到合格的产品。4 产品检验：无气泡、无凹陷、无缩痕、无流纹、无月牙；形状精度 Rt0.005 表面粗糙度 Ra0.0002。5 产品必须用防静电防尘PVC包装，并且须完全密封包装，存放必须严格