LED一次光学设计课件.ppt

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1、LED的一次光学设计LED的一次光学设计与二次光学设计概述引脚式LED的一次光学设计提高芯片发光强度与出光效率的方式LED的一次光学设计LED的一次光学设计与二次光学设计概述1、一次光学设计把LED芯片封装成LED光电组件时，要先进行一次光学设计。故一次光学设计主要是针对芯片、支架、模粒这三要素的设计。目的：提高出光效率、并解决LED的出光角度、光强、光通量大小、光强分布、色温的范围与分布。LED的一次光学设计2、二次光学设计二次光学设计是针对LED照明器具进行优化设计，这是系统层面的设计。其目的是对整个系统的出光效果、光强、色温分布进行设计。LED光

2、源二次光学配光设计，对大面积投光和泛光照明配光需求尤为迫切。通过二次光学设计技术，设计外加的反射杯与多重光学透镜及非球面出光表面，可以提高器件的取光效率。二次光学设计模拟软件有CodeV、ZEMAX、TracePro、ASAP、LighTools等，和机械建模软件如：AutoCAD、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。透镜LED光学设计基本元件非球面反射镜椭球面抛物面双曲面折光板曲形折光板梯形折光板柱形折光板柱球形折光板一次光学设计芯片模粒支架折射式反射式折反射式背向反射式正向反射式光学设计结构图L

3、ED的一次光学设计引脚式LED的一次光学设计模粒材料的种类LED透镜的应用分类LED透镜规格分类LED的一次光学设计1、模粒材料的种类（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）。LED的一次光学设计（3）PC透镜a.光学级料Polycarbonate（简称

4、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（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。LED的一次光学设计2、LED透镜的应用分类（1）一次

5、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。LED的一次光学设计（2

6、）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。LED的一次光学设计（3）透镜的选择及注意事项a、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

7、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；b、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。c、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。d、产品检验：无气泡、无凹陷、无缩痕、无流纹、无月牙；形状精度Rt<0.005表面粗糙度Ra<0.0002。e、产品必须用防静电防尘PVC包装，并且须完全密封包装，存放必须严格控制温度与湿度，并且最好不要存放超过一年以上。LED

8、的一次光学设计透镜封装的光学系统具体分析为了提升出射光的比例，透镜的外形或者环氧封装的外形最好