LED透镜相关知识和技术要点

文章来源:恒光电器

发布时间:2014-01-24

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 一、透镜基本概念
透镜是根据光的折射规律制成的。透镜是由透明物质(如玻璃、水晶等)制成的一种光学元件。透镜是折射镜，其折射面是两个球面(球面一部分)，或一个球面(球面一部分)一个平面的透明体。它所成的像有实像也有虚像。透镜一般可以分为两大类：凸透镜和凹透镜。中央部分比边缘部分厚的叫凸透镜，有双凸、平凸、凹凸三种;中央部分比边缘部分薄的叫凹透镜，有双凹、平凹、凸凹三种。
led透镜一般为硅胶透镜，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。一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm.并且LED透镜一般与LED紧密联系在一起，它有助于提升LED的出光效率、透镜改变LED的光场分布的光学系统。
LED透镜即与LED紧密联系在一起的有助于提升LED的出光效率、改变LED的光场分布的光学系统。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。
二、以材料分类
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、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、PC透镜
a、光学级料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、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、玻璃透镜
光学玻璃材料，优点：具有透光率高(3mm厚度时穿透率97%)、耐温高等特点;缺点：体积大质量重、形状单一、易碎、批量生产不易实现、生产效率低、成本高等。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。
三、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)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、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;在特殊情况下可选择玻璃。
四、以规格分类
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;
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、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;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。

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