一次光学设计.ppt

LED的封装、检测与应用
LED的一次光学设计
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Code V、ZEMAX、TracePro、ASAP、LighTools等,和机械建模软件如:Auto CAD、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
LED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)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。