喻果明 led光学透镜与反光杯

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1、LED光学设计——透镜与反射器主讲：喻果明目录1.光的基础知识什么是光？光的本质及传播方式？物体的发光方式？光的表现方式？2.LED光学设计3.西顿常用光学元器件什么是LED透镜？什么是反光杯？设计用的软件有哪些？透镜和反光杯的区别？光的基础知识光是人类眼睛可以看见的一种电磁波，也称可见光谱。在科学上的定义，光是指所有的电磁波谱。光是由光子为基本粒子组成，具有粒子性与波动性，称为波粒二象性。光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。对于可见光的范围没有一个明确的界限，一般人的眼睛所能接受的光的波长在380～760nm之间。人们看到的光来自于太阳或借助于产生光的

2、设备，包括白炽灯泡、荧光灯管、激光器、萤火虫等。什么是光？光是一种能量的形态，它可以从一个物体传播到另一个物体，其中无需任何物质作媒介。通常将这种能量的传递方式谓之辐射，其含义是能量从能源出发沿直线（在同一介质内）向四面八方传播。光的本质？光是以电磁波的形式沿直线向四面八方传播，当它遇到质介时就会发以下改变：a、光的反射b、光的散射c、光的吸收d、光向折射f、光的透射光的传播方式？物体的发光方式通常可分成二类，即热光与冷光。1、热光：所谓热光又称之谓热辐射，是指物质在高温下发出的热。在热辐射的过程中，特内部的能量并不改变，通过加热使辐射得以进行下去，低温时辐射

3、红外光、高温时变成白光。2、冷光：从某种能源在较低温度时所发出的光。发冷光时，某个原子的一个电子受外力作用从基态激发到较高的能态。由于这种状态是不稳定的，该电子通常以光的形式将能量释放出来，回到基态。由于这种发光过程不伴随物体的加热，因此将这种形式的光称之为冷光。物体的发光方式光的表现形式光的表现色温、光色光束角显色性光效光通量光强照度亮度显色性光效光强照度亮度LED光学设计LED透镜分为一次LED透镜和二次LED透镜：1、一次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

4、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。一次LED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。什么是LED透镜一次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。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

5、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）。一次LED透镜一般用PMMA、PC、光学玻璃、硅胶等材料。什么是LED透镜一次LED透镜材料优缺点：A．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LED发光器件。b.一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm。B．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

6、，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）。什么是LED透镜C．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）。D．玻璃透镜光学玻璃材料，优点：丰富的光学参数特性（可选择），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

7、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。什么是LED透镜2、二次LED光学透镜：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

8、用光学级PMMA或者PC；在特殊情况下