大功率LED透鏡介绍

文章来源：仁達集團──光學工程部

前言：LED透鏡即與LED聯系在一起的密切相關的透鏡，其他如照相機、望遠鏡等透鏡不屬於本文講解範圍，本文著重講解PMMA材料之二次聚光大功率LED透鏡。

一、LED透鏡的材料種類：

1. 矽膠透鏡；
a. 因為矽膠耐溫高（可以過回流焊），因此常用於直接封裝在LED芯片上；
b. 一般矽膠透鏡體積較小，直徑3-10mm；
2.PMMA透鏡
a. 光學級PMMA（化學名：聚甲基丙烯酸甲酯，俗稱：亞克力、有機玻璃）
b .塑膠類材料，優點：生產效率高（可以通過註塑完成）；透光率高（3mm厚度時穿透率93%左右）；缺點：耐溫70℃（熱變形溫度90℃）；
3.PC透鏡
a. 光學級Polycarbonate（簡稱PC，化學名：聚碳酸酯）
b. 塑膠類材料，優點：生產效率高（可以通過註塑完成）；耐溫高（130℃以上）；缺點：透光率稍底（87%）；
4.玻璃透鏡
光學玻璃材料，具有透光率高（97%）、耐溫高等特點。缺點是易碎、非球面精度不易實現、生產效率低、成本高等。

二、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）按理論發光是360°，但實際上芯片在放置於LED支架上得以固定及封裝，所以芯片最大發光角度是180°，另外芯片還會有一些雜散光線，通過一次透鏡可以有效收集chip的所有光線並可得到如160°、140°、120°、90°，甚至60°等所需要的出光角度；
c. 一次透鏡多用PMMA或矽膠材料。
2．二次透鏡
a 二次透鏡與LED是兩個獨立的物體，但它們在應用時卻密不可分；
b 二次透鏡的功能是將LED的大角度光（一般為90°～120°）再次聚光成5°～80°任意想要得到的角度,同時因為聚光角的縮小，從而使照度得到明顯提高；
c 二次透鏡的材料基本采用PMMA 、PC或玻璃。

三、LED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（雙凸有兩個曲面）時光線會反生折射而達到聚光效果，當調整透鏡與LED之間的距離時角度也會發生變化（成反比），經過非球面技術設計的曲面光斑將會非常均勻，但因為透鏡直徑的局限性，透鏡側面的一部份光線得不到利用（會出現不可避免漏光現象，目前的光學技術還無法對此問題提出可行性改善方案）；
b.一般應用在大角度（40°-80°）聚光，如臺燈，路燈，室內燈具等；
2. 全反射式（錐型或叫杯型）
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並反射出去，而這兩種光線的重疊（角度基本相同）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、凸面或凹面等而得到不同光斑效果。
3.LED透鏡模組(多頭透鏡)
a. 是將多個單顆透鏡通過註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；
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，更容易體現“大功率”等特點。

四、LED透鏡的設計與模具加工

1.首先取決於光源（大功率LED），不同品牌的大功率LED（例如CREE、Lumileds、漢半、Osram、艾笛森、長森源等），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時會所差異；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；
2. 利用光學設計軟件（如Trace pro、CodeV、Zemax等）設計並進行模擬光學跑光，設計得到相應的光學非球面曲面；
3.LED透鏡本身屬於精密光學配件，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、鏡片偏心度要達到3μm 以內。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（例如：PRECITECH NANOFORM 350）、CNC 綜合加工機、平面磨床、銑床、CNC 放電加工機、表面輪廓儀等。
4.模具最精密的部件在於光學模仁，首先選用專用模仁鋼材，完成初胚，鍍鎳後再用超精密加工機進行非球面技術加工曲面。

五、LED透鏡的用料及生產

1.LED透鏡作為光學級的產品，對透光性、縮水性要求極高。原材料一般采用高檔光學級PMMA。目前為日本三菱PMMA材料為最好（三菱新開發的VH5比常用的VH001質量更高），同樣是三菱的南通料就會稍遜一些；
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，做好防靜電、防塵措施，並且定期對車間做檢驗與清理；
3.須有專業的光學註塑機（電動）如法拉克，東洋，海天，佳明等品牌功率在35T以上，並嚴格控制註塑溫度、時間，以降低產品縮水率。另外，絕不能添加水口料重復利用，才能保證產品更符合設計方案；
4.產品必須用防靜電、防塵PVC包裝，並且須完全密封包裝，存放必須註意控制溫度與濕度，並且最好不要存放超過一年以上。

從以上LED透鏡的設計與生產過程來看，看似簡單的LED透鏡，從設計到成品，其對軟件、硬件的要求都非常高，這也造成了市場上LED透鏡的價格差異很大。從LED照明普及的美好前景來看，透鏡做為LED照明燈具的配套產品，市場前景也將越來越好。

cx_nothing	2008-07-07 16:34
好东西，对口了

rubpy	2008-08-31 03:25
Gooood!

yan617	2008-09-01 17:25
Thanks!

mikezhouming	2010-03-10 00:11
想请教你一下如何根据不同品牌LED(如:可瑞,流明,爱迪森,汉半,首尔,日亚,欧司朗,亿光)搭配透镜,是每个品牌专配透镜还是通用一种透镜,怎样配才会效果好............谢谢了

fengliming	2010-04-16 17:39

毛毛qt	2011-09-08 10:24
很好支持

1234qq	2013-12-15 00:34
很好支持

查看本帖完整版本: [-- 大功率LED透鏡介绍 --] [-- top --]