Was ist LED-Linse

Einführung in LED-Objektive

Die LED-Linse ist ein optisches System, das eng mit der LED verwandt ist und die Nutzungseffizienz und Lichtausbeute von Licht verbessern kann. Durch unterschiedliche Linsen kann die Lichtfeldverteilung der LED nach unterschiedlichen Effekten verändert werden. Andere Arten von Objektiven wie Objektive für Kameras, Teleskope usw. fallen nicht in den Anwendungsbereich dieses Artikels. Dieser Artikel konzentriert sich auf die sekundäre Kondensorlinse, die für Hochleistungs-LEDs verwendet wird.

 

Klassifizierung des Linsenmaterials

Linse aus Silikon

★ Aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit von Kieselgel (auch Reflow-Löten möglich) wird es häufig zur direkten Verpackung von LED-Licht emittierenden Bauelementen verwendet.

★ Im Allgemeinen ist die Größe der Silikagellinse klein und hat einen Durchmesser von 3-10 mm.

PMMA-Linse

★ Optisches PMMA (Polymethylmethacrylat, allgemein bekannt als: Acryl).

★ Kunststoffmaterialien, Vorteile: hohe Produktionseffizienz (kann durch Spritzgießen und Extrudieren vervollständigt werden), hohe Lichtdurchlässigkeit (ca. 93 % bei einer Dicke von 3 mm). Nachteile: Die Temperatur darf 80° nicht überschreiten (Wärmeformbeständigkeit 92°).

PC-Objektiv

★ Optisches Polycarbonat (kurz PC) Polycarbonat.

★ Kunststoffmaterialien, Vorteile: hohe Produktionseffizienz (kann durch Spritzgießen und Extrudieren vervollständigt werden), Lichtdurchlässigkeit ist etwas geringer (die Durchlässigkeitsrate beträgt etwa 89 % bei einer Dicke von 3 mm). Nachteile: Die Temperatur darf 110° nicht überschreiten (Wärmeformbeständigkeit 135°).

 

Glaslinse

Optisches Glasmaterial, Vorteile: reichhaltige optische Parametereigenschaften (optional), hohe Lichtdurchlässigkeit (97% Durchlässigkeit bei 3 mm Dicke), hohe Temperaturbeständigkeit usw.

 

Nachteile: großes Volumen, schweres Gewicht, Einzelform, zerbrechlich, schwer zu erreichende Massenproduktion, geringe Produktionseffizienz, hohe Kosten usw. Früher war der Preis für solche Produktionsanlagen hoch und es war schwierig, sie kurzfristig bekannt zu machen.

 

Darüber hinaus erfordern die Nachteile von Glas, das zerbrechlicher ist als PMMA- und PC-Materialien, mehr Forschung und Erforschung. Was die erreichbare verbesserte Technologie betrifft, so kann die Steifigkeit des Glases nur durch Beschichten oder Tempern verbessert werden. Die Lichtdurchlässigkeit wird verringert, ist aber immer noch weitaus größer als die Lichtdurchlässigkeit gewöhnlicher optischer Kunststofflinsen. Daher wird die Aussicht auf Glaslinsen breiter sein.

 

Anwendungsklassifizierung

Primäre Linse

★ Die Primärlinse wird direkt auf den LED-Chiphalter gekapselt (oder geklebt) und mit der LED integriert.

★ Der LED-Chip (Chip) emittiert theoretisch 360 Grad, aber tatsächlich kann der Chip auf der LED-Halterung befestigt und verpackt werden, sodass der maximale Lichtaustrittswinkel des Chips 180 Grad beträgt (mehr als 180 Grad gibt es einen kleinen Menge Nachglühen).

Außerdem wird der Chip etwas Streulicht haben, sodass durch eine einzelne Linse das gesamte Licht des Chips effektiv gesammelt werden kann und verschiedene Lichtwinkel wie 180°, 160°, 140°, 120°, 90°, 60 ° usw. erhalten werden, aber die Lichtausbeute von LEDs mit unterschiedlichen Lichtaustrittswinkeln weist gewisse Unterschiede auf (die allgemeine Regel lautet: Je größer der Winkel, desto höher die Effizienz).

★ Die Primärlinse besteht im Allgemeinen aus PMMA, PC, optischem Glas, Kieselgel und anderen Materialien.

Sekundärlinse

★ Die Sekundärlinse und die LED sind zwei unabhängige Objekte, aber in der Anwendung untrennbar miteinander verbunden.

★ Die Funktion der Sekundärlinse besteht darin, den Lichtaustrittswinkel der LED-Lichtquelle auf jeden gewünschten Winkel zwischen 5° und 160° zu konvergieren. Die Verteilung des Lichtfeldes kann hauptsächlich unterteilt werden in: Kreis, Ellipse und Rechteck.

★ Das sekundäre Linsenmaterial besteht im Allgemeinen aus PMMA oder PC in optischer Qualität, in Sonderfällen kann Glas gewählt werden.

 

Klassifiziert nach Spezifikationen

Durchgangstyp (Konvexlinse)

1. Wenn das LED-Licht durch eine gekrümmte Oberfläche der Linse fällt (die doppelt konvexe Oberfläche hat eine gekrümmte Oberfläche), wird das Licht gebrochen und konzentriert, und wenn der Abstand zwischen der Linse und der LED eingestellt wird, ändert sich auch der Winkel (der Winkel ist umgekehrt proportional zum Abstand). Das optische Design des Linsenflecks wird sehr gleichmäßig sein, aber aufgrund der Begrenzung des Linsendurchmessers und des Linsenmodus ist die Lichtnutzungsrate der LED nicht hoch und der Rand des Fleckens hat einen relativ deutlichen gelben Rand.
2. Wird im Allgemeinen in Strahlern mit großem Winkel (50 ° und mehr) wie Tischlampen, Barlampen und anderen Innenbeleuchtungskörpern verwendet.

 

Katadioptrischer Typ (Kegeltyp oder Bechertyp)

1. Das Design der Linse verwendet ein durchdringendes kondensierendes Licht auf der Vorderseite, und die konische Oberfläche kann das gesamte Seitenlicht sammeln und reflektieren, und die Überlappung dieser beiden Lichtstrahlen (im gleichen Winkel) kann die perfekteste Lichtnutzung erzielen und Schöner Punkteffekt,
2. Einige Änderungen können auch an der Oberfläche der Kegellinse vorgenommen werden, die zu einer Spiegeloberfläche, einer mattierten Oberfläche, einer Wulstoberfläche, einer gestreiften Oberfläche, einer Gewindeoberfläche, einer konvexen oder konkaven Oberfläche usw. gestaltet werden kann, um sie zu erhalten verschiedene Spot-Effekte.

 

Linsenmodul

1. Es besteht darin, eine ganze Mehrlinsenlinse durch Spritzgießen mehrerer Einzellinsen fertigzustellen. Je nach Bedarf kann es als 3-in-1-, 5-in-1- oder sogar Dutzende von Linsenmodulen in einem konzipiert werden; Es können auch zwei separate Objektive verwendet werden. Durch die Klammer zusammengefügt,
2. Dieses Design spart effektiv Produktionskosten, realisiert die Konsistenz der Produktqualität, spart Platz für den Lampenmechanismus und erleichtert das Erreichen von “Hochleistungs” -Eigenschaften.

Verlustentschädigung

1. Der Lichtstrom von Lampen mit Blister und Streuscheibe sollte eigentlich der von der Norm geforderten Lichtverteilung entsprechen, außerdem müssen Faktoren wie die Transmission des Gehäuses und der Streuscheibe sowie der Verlust an Überflutungslicht berücksichtigt werden. Hochleistungslampen oder allgemeine Beleuchtung verwenden jedoch Linsen, um die parallelen Strahlen zu streuen, um die Anforderungen der Norm zu erfüllen.

Um die optische Wirkung sinnvoller zu gestalten, sollte das Lampengehäuse im Design in kleine rechteckige Einheiten unterteilt werden. Der Zweck besteht darin, die Wellenoberfläche der Lichtwelle zu brechen und dem Produkt ein einheitliches Erscheinungsbild zu verleihen.

 

In jeder kleinen Einheit wird eine ellipsoidische Oberfläche verwendet, weil die Oberfläche sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung ein Radiant hat, so dass unterschiedliche Krümmungsradien in den beiden Richtungen verwendet werden können, um unterschiedliche Diffusionseffekte zu erzielen. Sein grundlegender Zweck besteht darin, die Mängel der traditionellen Technologie zu überwinden, den Lichtstrom rationell zu nutzen und eine gleichmäßige und effiziente Lichtverteilung zu erreichen. Tatsächlich besteht die Hülle der Glühbirne aus PC-Material (fertiggestellt durch Spritzgießen). Die sphärischen, birnenförmigen und zylindrischen Kolben sind alle nicht kleine Einheiten, nicht ebene ganze Schalen, und der Lichtverlust ist groß und der Lichtwinkel ist klein.

 

2. Da eine Oberfläche der Linse eine gekrümmte Oberfläche mit einem Krümmungsradius sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung ist, kann das einfallende Licht sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung gestreut werden. Da die Krümmungsradien der beiden Richtungen voneinander unabhängig sind, können die beiden Krümmungen je nach Bedarf separat eingestellt werden, so dass die Lichtleistung unterschiedlich stark in die beiden Richtungen gestreut werden kann.

 

Daher kann die Verwendung einer Linse, die aus einer in zwei Richtungen gekrümmten Oberfläche besteht, die Lichtausgabe entsprechend den Designanforderungen freier verteilen, den Lichtfluss effizienter nutzen und unnötige Verschwendung und Blendung reduzieren. Außerdem hat die Lampe aufgrund des glatten Übergangs der gekrümmten Oberfläche einen gleichmäßigen Übergang der Lichtverteilung und ein gutes Aussehen.

 

Eine vollständig transparente PMMA-Lampe oder ein Lampenschirm wird ein blendendes oder blendendes Lichterkettenlicht in der Mitte der Lichtquelle verursachen, aber die Helligkeit an der Peripherie der Lichtquelle wird schnell reduziert. Die Beleuchtung vieler gesellschaftlicher Anlässe und Arbeitsumgebungen muss diese unangenehme Atmosphäre eliminieren oder die Lichtquellen minimieren, die Augenbeschwerden verursachen.

 

3. Die Projektion jeder Linseneinheit auf den Körper ist rechteckig, sodass die Einheiten eng und ordentlich angeordnet werden können. Der parallel einfallende Lichtstrahl wird von der Linseneinheit gebrochen, um eine zweiseitig symmetrische, gleichmäßige Streuung in der horizontalen Richtung und eine nach unten gerichtete, gleichmäßige Streuung in der vertikalen Richtung zu bilden. Durch Anpassen der Größe jeder Einheit in einem Linsensatz und des Krümmungsradius in zwei Richtungen kann die Verteilung des emittierten Lichtstroms im Bereich verschiedener Raumwinkel angepasst werden, um die vom Design geforderte Lichtverteilung zu erreichen.Im Hinblick auf die Rolle der einfallenden gekrümmten Oberfläche, das Licht abzulenken, um eine Streuung zu bilden, können die spezifische Einheitsanzahl, Einheitsgröße, der Krümmungsradius usw. jeder Linsengruppe im Produktdesign gemäß der tatsächlichen Situation geändert werden. Die tatsächliche Situation ist, dass die inneren Körner (in kleine Einheiten unterteilt) auf der Linse des Hochleistungsobjektivs alle vom Hersteller hergestellt werden und nur die Höhe, der Winkel und das Material der Linse bei der Auswahl berücksichtigt werden. 
   4. Wir entscheiden uns dafür, die Lichtquelle im Brennpunkt der Linse zu platzieren. Je weiter die Lichtquelle von der Linse entfernt ist, desto geringer ist der Lichtstrom der Lichtquelle, der von der Linse gesammelt wird, und desto geringer ist daher die Effizienz des Linsensystems. Nach der Berechnungsformel einer einzelnen Sammellinse: r=(nL-1)f. Darunter r-konvexer Krümmungsradius, nL-Linsenmaterial-Brechungsindex, f-Linsenbrennweite. Bei der Wahl des Linsenmaterials gilt: je größer die Brennweite, desto größer der Krümmungsradius.

    

   Je größer der Krümmungsradius ist, desto dünner ist bei gleicher Linsenapertur Φ die Linse. Je dicker die Linse, desto deutlicher werden Aberrationen, die den Gebrauchseffekt beeinträchtigen. Wählen Sie daher möglichst ein Objektiv mit größerer Brennweite. Gleichzeitig nimmt mit zunehmender Brennweite die Größe des optischen Systems zu. Daher kann die Brennweite des Objektivs nicht blind verfolgt werden. Da die Dicke der Linse nicht sehr groß ist, wird die Fresnel-Linse nicht verwendet, um eine Erhöhung der Ermüdung und der Kosten der Verarbeitung zu vermeiden.

    

   Formverarbeitung

   1. Zum einen hängt es von der Lichtquelle (Hochleistungs-LED) ab. Verschiedene Marken von Hochleistungs-LEDs (wie CREE, Lumileds, SSC, OSRAM, EVERLIGHT, EDSION usw.) haben unterschiedliche Chipstrukturen, Verpackungsmethoden und Lichteigenschaften. Wenn dieselbe Linse mit LEDs unterschiedlicher Spezifikationen und Marken kombiniert wird, sind die Clubs unterschiedlich; Daher ist eine gezielte Entwicklung (orientiert an Mainstream-Marken) erforderlich, um den tatsächlich gewünschten Effekt zu erzielen.
   2. Verwenden Sie optische Designsoftware (wie Code V, ZEMAX, TracePro, ASAP, LighTools usw.) und mechanische Modellierungssoftware (wie: Pro/E, UG, SOLIDWORKS usw.) für Design und optische Simulation, und zwar kontinuierlich optimieren, um die entsprechende optische Linse zu erhalten.
      3. Die LED-Linse selbst ist ein optisches Präzisionszubehör und stellt daher extrem hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Form, insbesondere muss die Verarbeitungsgenauigkeit der optisch gekrümmten Oberfläche der Linse 0,1 μm erreichen. Für die Bearbeitung solcher hochpräzisen Formen werden im Allgemeinen folgende Geräte benötigt: Ultrapräzisions-Bearbeitungsmaschine (z. B. PRECITECH NANOFORM 350), CNC-integrierte Bearbeitungsmaschine, Präzisionsschleifmaschine, Präzisionsfräsmaschine, Bohrmaschine, CNC-Präzisionsfunkenmaschine, Oberflächenprofiler und Interferometer und viele mehr.
      4. Der genaueste Teil der Form liegt im optischen Formkern. Zunächst muss ein spezieller Formkernstahl (z. B. schwedischer S136-Spiegelstahl) auf 55° wärmebehandelt werden, um den rohen Embryo fertigzustellen. Nachdem der rohe Embryo vernickelt ist, kommt die Ultrapräzisions-Bearbeitungsmaschine zum Einsatz. Durch Oberflächenbearbeitung erhalten.

       

      Materialherstellung

      1. Als optisches Produkt haben LED-Linsen strenge Anforderungen an Lichtdurchlässigkeit, thermische Stabilität, Dichte, Gleichmäßigkeit des Brechungsindex, Stabilität des Brechungsindex, Wasseraufnahme, Trübung und maximale Langzeitbetriebstemperatur. Daher muss das Material der Linse entsprechend der tatsächlichen Situation ausgewählt werden. Wählen Sie grundsätzlich PMMA in optischer Qualität, wenn Sie spezielle Anforderungen haben, können Sie PC in optischer Qualität wählen. Derzeit ist das PMMA-Material von Mitsubishi das beste (VH001 ist die häufig gewählte Sorte), während Nantong Liyang, die Niederlassung von Mitsubishi in China, etwas unterlegen ist.
      2. Es muss mit einer staubfreien Werkstatt der Klasse 10.000 oder höher ausgestattet sein. Die Bediener müssen antistatische Kleidung, Fingerlinge, Masken und andere antistatische und staubdichte Maßnahmen tragen, und die Werkstatt muss regelmäßig inspiziert und gereinigt werden.
         3. Es ist notwendig, professionelle optische Spritzgussmaschinen wie Toshiba, Demag, Haitian, Chen Hsong und andere Marken zu haben und den Spritzgussprozess streng zu kontrollieren, um qualifizierte Produkte zu erhalten.
         4. Produktinspektion: keine Blasen, keine Vertiefungen, keine Einfallstellen, keine Fließlinien, kein Halbmond; Formgenauigkeit Rt<0,005 Oberflächenrauheit Ra<0,0002.
         5. Das Produkt muss in antistatischem und staubdichtem PVC verpackt und vollständig versiegelt sein. Die Temperatur und Luftfeuchtigkeit müssen für die Lagerung streng kontrolliert werden, und es ist am besten, es nicht länger als ein Jahr zu lagern.

          

         Aus dem obigen Design- und Produktionsprozess von LED-Linsen ergibt sich, dass die scheinbar einfache LED-Linse vom Design bis zum fertigen Produkt sehr hohe Anforderungen an Software und Hardware stellt, was auch dazu führt, dass der Preis von LED-Linsen auf dem Markt stark variiert. Gemessen an den guten Aussichten auf die Popularisierung von LED-Beleuchtung werden auch die Marktaussichten für Linsen als wesentlicher Bestandteil von LED-Beleuchtungslampen immer besser.

          

         Vorteile

         1. Unabhängig von der Entfernung unterscheidet sich die Lampenabdeckung (Reflektor) nicht wesentlich von der Linse. In Bezug auf die Gleichmäßigkeit ist die Linse besser als der Reflektor;
         2. Verwenden Sie ein LED-Objektiv mit kleinem Winkel, der Effekt ist besser als der Lampenschirm, da er weit geschossen werden muss! Der Lampenschirm hat Licht durch die Linse gesammelt (da die LED selbst eine Linse haben muss) und dann durch den Lampenschirm geleitet, um Licht zu sammeln, diese Zeit wird viel verschwendet Für Licht ist es besser, das Licht in der Linse zu kondensieren, und das Lichtaustrittswinkel der Linse ist einfach zu handhaben!

         Eine andere: Wenn der Platz vorhanden ist, ist die Wirkung mit drei 1W viel besser als mit einem 3W!

         3. Im Gegensatz dazu hat der Lampenschirm eine große Auswahl an gleichmäßigen Punkten, aber die Projektion ist nicht gut und die Linse ist das Gegenteil;
         4. Die LED-Durchdringung ist hochwertiger.