LED透鏡相關知識和技術要點

文章來源:恒光電器

發布時間:2014-01-24

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 一、透鏡基本概念
透鏡是根據光的折射規律制成的。透鏡是由透明物質(如玻璃、水晶等)制成的一種光學元件。透鏡是折射鏡，其折射面是兩個球面(球面一部分)，或一個球面(球面一部分)一個平面的透明體。它所成的像有實像也有虛像。透鏡一般可以分為兩大類：凸透鏡和凹透鏡。中央部分比邊緣部分厚的叫凸透鏡，有雙凸、平凸、凹凸三種;中央部分比邊緣部分薄的叫凹透鏡，有雙凹、平凹、凸凹三種。
led透鏡一般為硅膠透鏡，因為硅膠耐溫高(也可以過回流焊)，因此常用直接封裝在LED芯片上。一般硅膠透鏡體積較小，直徑3-10mm.并且LED透鏡一般與LED緊密聯系在一起，它有助于提升LED的出光效率、透鏡改變LED的光場分布的光學系統。
LED透鏡即與LED緊密聯系在一起的有助于提升LED的出光效率、改變LED的光場分布的光學系統。大功率led透鏡/反光杯主要用于大功率led冷光源系列產品的聚光，導光等。大功率LED透鏡根據不同LED出射光的角度設計配光曲線，通過增加光學反射，減少光損，提高光效(而設定的非球面光學透鏡)。下面著重講解PMMA材料的二次聚光大功率LED透鏡。
二、以材料分類
1、硅膠透鏡
a、因為硅膠耐溫高(也可以過回流焊)，因此常用直接封裝在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，俗稱：亞克力)。
b、塑膠類材料，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、塑膠類材料，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(3mm厚度時穿透率97%)、耐溫高等特點;缺點：體積大質量重、形狀單一、易碎、批量生產不易實現、生產效率低、成本高等。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。
三、LED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光源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;在特殊情況下可選擇玻璃。
四、以規格分類
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;
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，而這兩種光線的重疊(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、透鏡模組
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組;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，實現產品品質的一致性，節省燈具機構空間，更容易實現“大功率”等特點。

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