LED制造技術(shù)與應(yīng)用(十二)

1、LED制造技術(shù)與應(yīng)用(十二) 與LED應(yīng)用有關(guān)的技術(shù)問題介紹2012-5-9與LED應(yīng)用有關(guān)的技術(shù)問題介紹 一. LED的驅(qū)動(dòng)方式 二. LED的散熱技術(shù) 三. LED的光學(xué)設(shè)計(jì) 四. LED的防靜電控制2. LED的驅(qū)動(dòng)方式LED的驅(qū)動(dòng)方式一般使用恒定電流源恒定電流源和恒定電壓源恒定電壓源進(jìn)行控制。圖2.1 LED的恒流驅(qū)動(dòng)(串聯(lián))圖2.2 LED的恒流驅(qū)動(dòng)(并聯(lián))2-1 LED的恒定電流源驅(qū)的恒定電流源驅(qū)動(dòng)：動(dòng)：分選，測(cè)試2-2 LED的恒定電壓源驅(qū)動(dòng)：的恒定電壓源驅(qū)動(dòng)：圖2.1 LED的恒壓驅(qū)動(dòng)(串聯(lián))圖2.2 LED的恒壓驅(qū)動(dòng)(并聯(lián))每種驅(qū)動(dòng)方式均有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)LED產(chǎn)品的要求、應(yīng)用場(chǎng)

2、合，合理選用LED驅(qū)動(dòng)方式，精確設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電源成為關(guān)鍵。一般的整流電路的輸出電壓隨著電網(wǎng)電壓的波動(dòng)也會(huì)變化，由此可知，采用恒壓源驅(qū)動(dòng)不能保證LED亮度的一致性，并且影響LED的特性。因此，LED驅(qū)動(dòng)通常采用恒流源驅(qū)動(dòng)。 理想的LED驅(qū)動(dòng)方式是采用恒壓、恒流方式，但驅(qū)動(dòng)器的成本會(huì)增加。 2-3-1 鎮(zhèn)流電阻方案鎮(zhèn)流電阻方案。2-32-3 典型典型LEDLED驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路(實(shí)現(xiàn)恒流，恒壓的電路實(shí)現(xiàn)恒流，恒壓的電路) 2-3-2 鎮(zhèn)流電容鎮(zhèn)流電容(降壓降壓)電路電路2-3-3 2-3-3 線性恒流驅(qū)動(dòng)電路線性恒流驅(qū)動(dòng)電路2-3-4、開關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)電路與LED應(yīng)用有關(guān)的技術(shù)問題介紹

3、一. LED的驅(qū)動(dòng)方式 二. LED的散熱技術(shù) 三. LED的光學(xué)設(shè)計(jì) 四. LED的防靜電控制3-2 熱量傳遞的三種基本方式：熱量傳遞的三種基本方式：4、LED散熱技術(shù)介紹散熱技術(shù)介紹LED的熱流模型所以從芯片產(chǎn)生的熱量到空氣的總熱阻就應(yīng)該是所以從芯片產(chǎn)生的熱量到空氣的總熱阻就應(yīng)該是：Rja=Rj1 + (Rj2 + Rj3 + Rj4) + Rj5 + Rj6 + Rj7 Rj1：芯片基板的熱阻：芯片基板的熱阻 Rj2：焊料的熱阻：焊料的熱阻Rj6：鋁基板：鋁基板PCB的熱阻的熱阻 Rj4：導(dǎo)熱硅膠的熱阻：導(dǎo)熱硅膠的熱阻 Rj7：散熱器熱阻：散熱器熱阻 Rj5：熱沉的熱阻：熱沉的熱阻 Rj

4、3：焊料的熱阻：焊料的熱阻4-1 晶片層級(jí)散熱技術(shù)-襯底的選擇4-2 封裝層級(jí)散熱技術(shù)-熱沉的選擇4-3 PCB層級(jí)散熱技術(shù)4-4 界面散熱技術(shù)4-5 系統(tǒng)模組層級(jí)散熱技術(shù)(散熱片設(shè)計(jì))熱傳導(dǎo)熱對(duì)流熱輻射4-5 系統(tǒng)模組層級(jí)散熱技術(shù)(散熱器設(shè)計(jì))目前常用的散熱技術(shù)有風(fēng)冷、水冷、微管道散熱、熱管技術(shù)等。(a)(a)風(fēng)冷散熱器風(fēng)冷散熱器的原理很簡(jiǎn)單:芯片耗散的熱量通過粘接材料傳導(dǎo)到金屬底座上，再傳導(dǎo)到散熱片上，通過自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)流把熱量散發(fā)到空氣中。傳導(dǎo)和對(duì)流是兩種主要的傳熱方式。1、 采用導(dǎo)熱性能好的材料作散熱器：常用的散熱器材主要是鋁和銅。2、 增大散熱器的散熱面積：散熱面積越大，其熱容量越

5、大。為提高換熱系數(shù)，可采用波紋狀肋面制造紊流。3、 強(qiáng)迫風(fēng)冷：選擇合適的風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)，加快散熱片周圍空氣的流動(dòng)，可以改善氣流組織，提高對(duì)流換熱系數(shù)，從而改善散熱效果。(b) (b) 水冷又稱為液冷水冷又稱為液冷。它的散熱效率高，熱傳導(dǎo)率為傳統(tǒng)風(fēng)冷方式的20倍以上，且無風(fēng)冷散熱的高噪音，能較好地解決降溫和降噪問題。水冷散熱裝置大致可分為微型水泵、循環(huán)管、吸熱盒和散熱片四個(gè)部分。 4 4-5-1-5-1常用的散熱器技術(shù)常用的散熱器技術(shù) 用導(dǎo)熱性能好的材料 散熱器的整個(gè)有效面積要考慮的因素 散熱片之間的距離 散熱片的長(zhǎng)度 散熱片的厚度 散熱片的擺放位置 用放熱系數(shù)較大的表面處理 為了保證模組和散熱器

6、之間的熱傳導(dǎo), 要用導(dǎo)熱介質(zhì) 。 4 4-5-2-5-2 散熱器設(shè)計(jì)需要考慮的因素散熱器設(shè)計(jì)需要考慮的因素需要考慮的因素(1) 用導(dǎo)熱性能好的材料 LEDLED散熱選材原則散熱選材原則: :導(dǎo)熱性能好相對(duì)其它固體材料，金屬具有更好的熱傳導(dǎo)能力； 易于加工延展性好，高溫相對(duì)穩(wěn)定，可采用各種加工工藝； 易獲取金屬，但供貨量大，不需特殊工序，價(jià)格也相對(duì)低廉；鋁的導(dǎo)熱系數(shù)較高，加工性能好，表面處理技術(shù)成熟且成本低廉，現(xiàn)階段主要通過鋁制散熱器進(jìn)行散熱。鋁制散熱器表面處理技術(shù)成熟，可通過陽(yáng)極氧化來提高表面輻射率，增加輻射熱交換。如上圖，在LED背面鋁基板加散熱U型板或者類似可以直接傳導(dǎo)散熱的導(dǎo)熱材料，這種

7、方法適用于10瓦以下的散熱設(shè)計(jì)，但這種方式的散熱部件必須有足夠小的熱阻和足夠大的散熱面積。(2)散熱器的整個(gè)有效面積要考慮的因素散熱器采用鰭片的形狀是為了加大散熱面積。以利于輻射散熱和對(duì)流散熱。散熱器的最重要指標(biāo)就是它的散熱面積A，但是散熱器的不同部位的散熱效果是不同的。在根部的散熱效果就差，而在頂部的散熱效果就好。所以散熱器有一個(gè)有效散熱面積。它通常是實(shí)際面積的70%左右。從經(jīng)驗(yàn)得出，一般要散1W功率的熱量大約需要50-60平方厘米的有效散熱器面積。 上圖是臺(tái)灣產(chǎn)的一個(gè)樣燈，是40瓦LED的散熱設(shè)計(jì)，利用增加和空氣的接觸面積來給LED散熱，保證了LED的光效和壽命。為了加大散熱面積，通常會(huì)采

8、用增加高度的方法。但是，高度增加到一定程度以后其作用會(huì)越來越小。下圖表明增加高度對(duì)于降低結(jié)溫的影響的一個(gè)例子。由圖中可以看出，高度增加到高度增加到40mm以后，結(jié)溫的降低就很慢了以后，結(jié)溫的降低就很慢了。 LED結(jié)溫隨散熱器的高度增加而降低 (3)散熱片的厚度加大長(zhǎng)度也是加大面積的一個(gè)方法。但是并不是長(zhǎng)度越長(zhǎng)越好。由圖可知長(zhǎng)度增加到一定程度后，結(jié)溫不但不再降低，反而會(huì)升高。這是因?yàn)榭諝庠谘亻L(zhǎng)度方向的流動(dòng)受到阻礙所致(主要對(duì)于垂直放置的鰭片為如此)。 結(jié)溫和長(zhǎng)度的關(guān)系 (4)散熱片的長(zhǎng)度(6) 用放熱系數(shù)較大的表面處理，提高發(fā)射率。 (鋁一般用噴漆或者陽(yáng)極氧化)輻射散熱能力提升主要通過提高散熱器

9、表面發(fā)射率來實(shí)現(xiàn)，常用方法是表面做涂漆，噴沙提高粗糙度，陽(yáng)極氧化等措施。輻射對(duì)散熱在自然散熱條件下有一定影響，強(qiáng)迫空冷基本沒有效果，并且一般散熱器發(fā)射率的差異不大，在產(chǎn)品中一般不作重點(diǎn)考慮。(5)散熱片的擺放位置對(duì)于散熱器來說，除了加大面積以外，如何加速空氣的對(duì)流是很重要的事。為了在各種風(fēng)向情況下都能有很好的對(duì)流，最好采用針狀鰭片散熱器。但這也減小了其等效散熱面積很大的百分比。 針狀散熱器 珠海南科首次把針狀散熱器應(yīng)用至LED路燈中，據(jù)說這可以使LED的結(jié)溫降低15度以上，提高了LED的壽命。 (7)增加對(duì)流(8)采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱 15WLED中LED結(jié)溫和風(fēng)速的關(guān)系 目前幾乎絕大多數(shù)的LED

10、燈具都是采用自然空氣對(duì)流來散熱的。然而，對(duì)流的散熱效果是和空氣的流速是有密切關(guān)系的。最近臺(tái)灣Sunon公司推出全球最小、最薄、耗電量最低的“毫米科技風(fēng)扇與鼓風(fēng)扇MightyMini Fan &Blower。并用于各種功率的LED燈具。 4 4-5-3 -5-3 散熱器制程散熱器制程(1)考慮到自然冷卻時(shí)溫度邊界層較厚，如果齒間距太小，兩個(gè)齒的熱邊界層易交叉,影響齒表面的對(duì)流，所以一般情況下，建議自然冷卻的散熱器齒間距大于 12mm,如果散熱器齒高低于10mm，可按齒間距1.2 倍齒高來確定散熱器的齒間距。 (2)自然冷卻散熱器表面的換熱能力較弱，在散熱齒表面增加波紋不會(huì) 對(duì)自然對(duì)流效果

11、產(chǎn)生太大的影響，所以建議散熱齒表面不加波紋齒。 (3)采用撓動(dòng)設(shè)計(jì)方法，破壞介質(zhì)層流層，使散熱效果提高。用旋轉(zhuǎn) 太陽(yáng)花、撓動(dòng)空氣旋轉(zhuǎn)裝置、煙囪的抽吸原理都是好方法。 (4)自然對(duì)流的散熱器表面一般采用發(fā)黑處理，以增大散熱表面的輻射系數(shù)，強(qiáng)化輻射換熱。(5)由于自然對(duì)流達(dá)到熱平衡的時(shí)間較長(zhǎng)，所以自然對(duì)流散熱器的基板及齒厚應(yīng)足夠，以抗擊瞬時(shí)熱負(fù)荷的沖擊，建議大于 5mm 以上。 4 4-5-4-5-4 自然散熱器設(shè)計(jì)方法自然散熱器設(shè)計(jì)方法PassivePassivePassivePassiveActiveActive 4 4-5-5-5-5 新型散熱器設(shè)計(jì)實(shí)例新型散熱器設(shè)計(jì)實(shí)例SynJet合成射流

12、冷卻法 一個(gè)好的散熱設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下幾點(diǎn)：(1)較好的LED光源（熱阻低，光效好）(2)良好的熱傳導(dǎo)設(shè)計(jì)（一體化，均熱性，無瓶頸）(3)優(yōu)異的散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（對(duì)流，輻射）(4)較好的散熱器表面處理方式（增強(qiáng)輻射）(5)良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（氣流導(dǎo)向，位置方式）總結(jié)與LED應(yīng)用有關(guān)的技術(shù)問題介紹 一. LED的驅(qū)動(dòng)方式 二. LED的散熱技術(shù) 三. LED的光學(xué)設(shè)計(jì) 四. LED的防靜電控制何謂何謂 次次光學(xué)設(shè)計(jì)？光學(xué)設(shè)計(jì)？1、一次光學(xué)設(shè)計(jì)將LED芯片封裝成LED光電器件，必須進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)。一次光學(xué)設(shè)計(jì)的目的是從LED封裝材料的形狀入手，設(shè)法提高LED的出光效率；以解決LED的出光角度、光強(qiáng)、光通量大小

13、、光強(qiáng)分布、色溫范圍等問題。2、二次光學(xué)設(shè)計(jì) 二次光學(xué)設(shè)計(jì)是針對(duì)LED照明器具進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)，這是系統(tǒng)層面的設(shè)計(jì)。通過二次光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)，設(shè)計(jì)外加的反射杯與多重光學(xué)透鏡及非球面出光表面，可以提高器件的取光效率。 其目的是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的出光效果、光強(qiáng)、色溫分布進(jìn)行設(shè)計(jì),讓整個(gè)照明系統(tǒng)發(fā)出的光能滿足設(shè)計(jì)需求。 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件通常使用以下光學(xué)軟件進(jìn)來LED二次光學(xué)建模和設(shè)計(jì)，分析光度或照度/光強(qiáng)或亮度/顏色/色度,顯指,色溫和光譜能量分布等： ASAP, LightTools, TracePro, FRED, Zemax and Photopia etc有些設(shè)計(jì)軟件具備自動(dòng)優(yōu)化功能，能夠更好的進(jìn)行LED二

14、次光學(xué)設(shè)計(jì)。Photopia S軟件模擬與實(shí)際對(duì)比軟件模擬與實(shí)際對(duì)比LEDLED光學(xué)光學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖透鏡透鏡LED光學(xué)光學(xué)設(shè)計(jì)基本元件設(shè)計(jì)基本元件非球面反射鏡非球面反射鏡橢球面橢球面拋物面拋物面雙曲面雙曲面折光板折光板曲形折光板曲形折光板梯形折光板梯形折光板柱形折光板柱形折光板柱球形折光板柱球形折光板一次光學(xué)設(shè)計(jì)一次光學(xué)設(shè)計(jì)芯片芯片模粒模粒支架支架折射式折射式反射式反射式折反射式折反射式背向反射式背向反射式正向反射式正向反射式二次二次光學(xué)設(shè)計(jì)光學(xué)設(shè)計(jì) 1、一次光學(xué)設(shè)計(jì) 只有一次光學(xué)一次光學(xué)設(shè)計(jì)合理，才能保證系統(tǒng)的二次光學(xué)設(shè)計(jì)順利實(shí)現(xiàn)，從而提高照明和顯示的效果。(1) LED芯片是發(fā)光的

15、主體，發(fā)光多少直接與芯片的質(zhì)量有關(guān)，取決于外延方法和外延質(zhì)量好壞，在芯片制造過程中采取不同的方法也可提高一些光強(qiáng)即提高外量子效率，但是程度有限。 (2)支架承載著芯片，起著固定芯片的作用。支架碗的形狀大支架碗的形狀大小與芯片的匹配小與芯片的匹配，對(duì)出光效率起著重要的作用。 (3)模粒灌滿環(huán)氧樹脂之后就成為透鏡透鏡，出光的角度和光斑的質(zhì)量都與模粒形成的透鏡有關(guān)。透鏡形狀可以分為：折射式、折射式、反射式、折反射式三種。反射式、折反射式三種。一次光學(xué)設(shè)計(jì)的三大因素：芯片，支架，模粒。一次光學(xué)設(shè)計(jì)的三大因素：芯片，支架，模粒。絕緣膠可以使得射向底部的光線通過反射杯反射出來，可以提高光效2030。1-1

16、1-1 絕緣膠的選擇絕緣膠的選擇全反射、高折射率材料、變折射率材料GaN/air全反射角25.8o，透光率8%Epoxy/air全反射角35.70，透光率22%1-21-2 模粒材料的選擇模粒材料的選擇C=arcsinN2/ N1模粒材料的種類（1） 硅膠透鏡 a. 因?yàn)楣枘z耐溫高（也可以過回流焊），因此常用直接封裝在LED芯片上。 b. 一般硅膠透鏡體積較小，直徑3-10mm。（2）PMMA透鏡 a. 光學(xué)級(jí)PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），俗稱亞克力。 b .塑膠類材料， 優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高；透光率高（3mm厚度時(shí)穿透率93%左右）； 缺點(diǎn)：溫度不能超過80（熱變形溫度92度）。（3）PC透鏡

17、a. 光學(xué)級(jí)料Polycarbonate（簡(jiǎn)稱PC）聚碳酸酯。 b. 塑膠類材料， 優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高；透光率稍低（3mm厚度時(shí)穿透率89%左右）； 缺點(diǎn)：溫度不能超過110（熱變形溫度135度）。（4）玻璃透鏡 光學(xué)玻璃材料， 優(yōu)點(diǎn)：具有透光率高（97%）、耐溫高等特點(diǎn)； 缺點(diǎn)：體積大質(zhì)量重,形狀單一、易碎、批量生產(chǎn)不易實(shí)現(xiàn)、生產(chǎn)效率低、成本高等。特點(diǎn)：1、當(dāng)LED光線經(jīng)過透鏡時(shí)光線會(huì)發(fā)生折射而匯聚，經(jīng)過光學(xué)設(shè)計(jì)的透鏡光斑將會(huì)非常均勻，但由于透鏡直徑和透鏡模式限制，LED的光利用率不高及光斑邊緣有比較明顯的黃邊；2、聚光面包含的立體角有限，約70%-80%的白光從側(cè)面泄露，發(fā)光效率低。3、提高

18、出光率方法：增加反光杯面積，收集側(cè)面光線。4、聚光方法：增加透鏡曲率。5、一般應(yīng)用在大角度（50以上）的聚光，如臺(tái)燈、吧燈等室內(nèi)照明燈具。 1-31-3 模粒形狀的選擇模粒形狀的選擇 （1 1）折射式）折射式（2 2）折射式）折射式反射面為一鍍有反射膜的拋物面， 管芯位于拋物面焦點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：集光效率高，可以達(dá)到80%以上。缺點(diǎn)：芯片對(duì)光線有遮擋。要求芯片縱橫比小,橫向尺寸:縱向尺寸4 正向反射式使用的是拋物面?zhèn)让鎱^(qū)域。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，縱橫比適中。光束發(fā)散小，集光效80%以上，光線無遮擋。 （3 3）折反射式）折反射式透鏡的設(shè)計(jì)在正前方用穿透式聚光，而錐形面又可以將側(cè)光全部收集并反射出去，而這兩種

19、光線的重疊（角度相同）就可得到最完善的光線利用與漂亮的光斑效果；這種透鏡集光效率高，對(duì)環(huán)氧樹脂透鏡的要求也高。 1-41-4 一次光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例一次光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例- -提高芯片發(fā)光強(qiáng)度與出光效率的方式 1-4-1 改變芯片的幾何形狀 CREE公司有一款芯片采用倒梯形結(jié)構(gòu)后也提高了光強(qiáng)。由于這種結(jié)構(gòu)的芯片其邊緣部分的全反射臨界角增大，光子逸出率提高，并能從碗腔射出，提高光強(qiáng)和出光效率。襯底NMQWP芯片倒梯形結(jié)構(gòu)1-4-2 在襯底上增加反光鏡 通常LED的襯底用GaAs材料，但GaAs是一種吸光材料，LED發(fā)出的光會(huì)被它吸收，降低出光效率。為此，在外延成PN結(jié)后，用腐蝕的方法GaAs襯底去除，然后在

20、高溫條件下將能透光的GaP粘貼上去做襯底，使PN結(jié)射出光通過金屬底板反射出去，提高出光效率。 這種方法在制作InGaAlP四元芯片時(shí)，在去除GaAs襯底后先用粘貼方法制作一層金屬鏡面反光層，然后再粘貼基板，這樣使射向襯底的光放射到出光面，使芯片出光效率提高。透明襯底技術(shù) 透鏡形狀或者環(huán)氧形狀的光學(xué)分析：由于光從封裝材料射出到空氣中也是從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)，所以同樣也存在全反射現(xiàn)象，為了提升出射光的比例，透鏡的外形或者環(huán)氧封裝的外形最好是拱形或半球形，這樣，光線從封裝材料射向空氣時(shí)，幾乎是垂直射到界面，入射角都會(huì)小于臨界角，因而減少產(chǎn)生全反射的幾率。透鏡的光學(xué)分析：影響出光角度，一般說透鏡角度大

21、出光角度大，透鏡角度小出光角度小。硅膠和透鏡的形狀：影響到封裝后的光強(qiáng)分布曲線以及出光量的多少。1-4-3 透鏡(環(huán)氧樹脂)封裝的形狀：NIsin1=N2sin2 C=arcsinN2/ N1 當(dāng)1=C時(shí)光線全部被反射向晶體內(nèi)部，如果在LED晶體與空氣之間鍍一層中等折射率的介質(zhì)層可增大臨界角C。比如GaP的N1=3.3如果還沒有介質(zhì)層則臨界角C=17.7度。覆蓋一層N2=1.66的介質(zhì)層后C可能增大到了30.3度，光強(qiáng)可提高為2.5倍。 1-4-4 覆蓋增透膜1-4-5 Flip-chip技術(shù)(倒裝技術(shù))藍(lán)光LED通常采用Al2O3用襯底硬度高、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率低，如果采用正裝結(jié)構(gòu)，一方向會(huì)帶來

22、防靜電的問題，另一方面，在大電流情況下散熱也會(huì)成為最主要的問題。同時(shí)由于正面電極朝上，會(huì)遮掉一部分光，發(fā)光效率會(huì)降低。大功率藍(lán)光LED通過芯片倒裝技術(shù)可以比傳統(tǒng)的封裝技術(shù)得到更多的有效出光。 現(xiàn)在使用最方泛的方法是進(jìn)行表面粗化工藝。粗化的原理是增加發(fā)光面積。該方法適用于黃，綠，普紅，普黃等GaPa基材的外延片，另外紅外LED也可采用該方法。這種方法一般可以提高這種方法一般可以提高30%30%。 MQWW金屬反射層W襯底WW 由于GaN折射系數(shù)1=2.3，與空氣折射系數(shù)1=1相差較大，其反射臨界角僅為25，使大部分光不能逸出到空氣中去，出光效率較低。通過通過改變改變GaNGaN與空氣的介面的幾何

23、形狀，使全反射臨界角與空氣的介面的幾何形狀，使全反射臨界角增大，提高出光效率，增大，提高出光效率，這就是通過芯片表面粗化的方法來實(shí)現(xiàn)。 1-4-6 表面粗化工藝 2、二次光學(xué)設(shè)計(jì) 基于LED的二次光學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)最終的照明產(chǎn)品性能起著至關(guān)重要的作用(聚光聚光/勻光勻光)。設(shè)計(jì)重點(diǎn)： (1)精準(zhǔn)的角度控制； (2)高效率的透鏡設(shè)計(jì)； (3)材料必須要能抗UV以及不易有變黃的特性； (4)降低眩光； (5)減少重影； (6)降低光線在燈具內(nèi)的損失；2-1 LED2-1 LED照明光源的特點(diǎn)照明光源的特點(diǎn) LED光源為近似朗伯(Lambertian)光源，即LED芯片的光分布是以垂直于LED發(fā)光面的軸線

24、方向?yàn)榱愣冉堑挠嘞曳植?。朗伯光源：朗伯光源：I = I0 cos。 即,朗伯光源在某一方向上的發(fā)光強(qiáng)度I等于該光源發(fā)光面垂直方向上的發(fā)光強(qiáng)度I0乘以方向角的余弦。 現(xiàn)有市場(chǎng)上大部分的高功率白光LED的光度分布是朗伯分布，光斑是圓形的，峰值光強(qiáng)一半位置處的光束角的全寬度約為120o 。 根據(jù)用途的不同，照明光源可以分為室外景觀照明燈、室內(nèi)照明燈、路燈等，不同的用途對(duì)照明光源的光強(qiáng)分布以及光學(xué)性能指標(biāo)有著不同的要求。距離h的屏幕上的照度分布為: LED所發(fā)出的光線在屏幕上形成的照度隨出射角聲的增大而迅速衰減。所發(fā)出的光線在屏幕上形成的照度隨出射角聲的增大而迅速衰減。這樣的光源，很難滿足各種照明用途

25、的需求。因此，必須根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和需求，針對(duì)LED光源設(shè)計(jì)不同的光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)LED芯片發(fā)出的光進(jìn)行整形，改變其光強(qiáng)分布情況。這樣的光學(xué)設(shè)計(jì)問題屬于非成像光學(xué)的范疇。非成像光學(xué)的范疇。2-2 2-2 非非成像成像光學(xué)系統(tǒng)的作用光學(xué)系統(tǒng)的作用圖 成像光學(xué)系統(tǒng)與非成像光學(xué)系統(tǒng)的比較非成像光學(xué)系統(tǒng)非成像光學(xué)系統(tǒng)成像光學(xué)系統(tǒng)成像光學(xué)系統(tǒng)SourceSourceReceiverReceiver 非成像光學(xué)設(shè)計(jì)產(chǎn)生于20世紀(jì)30年代,其目的是改善光學(xué)產(chǎn)品的性能，直到70年代逐漸成為一個(gè)體系。非成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)心的是光源能量的利用和光分布控制。光源能量的利用和光分布控制。例一例一 “ “LEDLED閱讀

26、燈閱讀燈”的二次光學(xué)設(shè)計(jì)的二次光學(xué)設(shè)計(jì) 通常出于對(duì)人眼健康的考慮，要求閱讀燈在一個(gè)給定距離的平面上、一個(gè)給定的范圍內(nèi)，其照度不低于某一個(gè)特定值，一般為一般為300 lx。圖(a)所示，路燈之間會(huì)形成很明顯的明暗相間的光斑分布，對(duì)司機(jī)造成視覺疲勞，引發(fā)事故。圖(b)所示，光斑為長(zhǎng)方形，正好可以覆蓋馬路，并且有很好的均勻性。朗伯型的光度分布，約朗伯型的光度分布，約50%的光斑散落在的光斑散落在馬路的外面而損耗，且里外亮度不均勻馬路的外面而損耗，且里外亮度不均勻馬路經(jīng)過二次光學(xué)配光的長(zhǎng)方形光斑分布經(jīng)過二次光學(xué)配光的長(zhǎng)方形光斑分布(a)(b)圖 (a)沒有經(jīng)過二次光學(xué)配光設(shè)計(jì)的LED路燈的光斑， (b

27、)經(jīng)過二次光學(xué)配光設(shè)計(jì)的LED路燈的光斑例二例二 “ “路燈路燈”的二次光學(xué)設(shè)計(jì)的二次光學(xué)設(shè)計(jì)例三例三 其他其他二次光學(xué)設(shè)計(jì)比較二次光學(xué)設(shè)計(jì)比較 LED的二次光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)，不同于其他的學(xué)科，是一門涵蓋非成像光學(xué)和三維曲面建模的交叉學(xué)科。 在LED照明系統(tǒng)的非成像光學(xué)設(shè)計(jì)中，基本光學(xué)元件主要有透鏡、透鏡、 非球面反射鏡非球面反射鏡 和和 折光板。折光板。2-3 二次光學(xué)設(shè)計(jì)常用元件：二次光學(xué)設(shè)計(jì)常用元件： 用于大角度照明產(chǎn)品 效率高 配光以軸對(duì)稱性為主 較難控制配光 小角度照明產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)用廣泛 可設(shè)計(jì)出不同配光方式 結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜 成本較高 效率相對(duì)較低2-3-1 透鏡透鏡 透鏡的作用是使光源發(fā)出的

28、光線進(jìn)行匯聚或發(fā)散，起到改變出光角度的大小從而改變照明面積和照度。光源到鏡頭的距離減小，發(fā)散角增大，反之則減小。2-3-2非球面反射鏡非球面反射鏡形狀通常為旋轉(zhuǎn)二次曲面，包括拋物面、橢球面和雙曲面利用反射或全反射原理改變光束角。反射鏡的集光能力較透鏡強(qiáng)，光能利用率更高。拋物面：拋物面：將位于焦點(diǎn)F處的光源發(fā)出的光線變?yōu)槠叫泄?。橢球面：橢球面：把位于焦點(diǎn)F處的光源匯聚到另一焦點(diǎn)F處，從而起到匯聚光線的作用。雙曲面雙曲面：把焦點(diǎn)F處的光源成像在虛焦點(diǎn)F處，相當(dāng)于光線由F發(fā)出，實(shí)際起到改變光源發(fā)散角的作用。Total Internal Reflection Lens2-3-3 折光板折光板 折光板的

29、作用是改變光線的方向或在特定的方向上改變光束的角度，通常包括齒形折光板、梯形折光板和柱形或球形折光板。齒形折光板：偏轉(zhuǎn)鏡柱形或球形折光板與LED應(yīng)用有關(guān)的技術(shù)問題介紹 一. LED的驅(qū)動(dòng)方式 二. LED的散熱技術(shù) 三. LED的光學(xué)設(shè)計(jì) 四. LED的防靜電控制靜電(Electrostatic Static Electricity); 靜電就是靜止不動(dòng)的電荷,它一般存在于物體的表面,正負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果。靜電放電(ElectroStatic Discharge, ESDESD); 處于不同靜電電位的兩個(gè)物體間的靜電電荷的轉(zhuǎn)移就是靜電放電。1. 靜電的概念靜電的概念結(jié)果：帶結(jié)果：帶正正的靜電荷的靜電荷結(jié)果：帶結(jié)果：帶負(fù)負(fù)的靜電荷的靜電荷相接觸的兩個(gè)物體發(fā)生分離相接觸的兩個(gè)物體發(fā)生分離2. 靜電的物理解釋靜電的物理解釋以下項(xiàng)目會(huì)導(dǎo)致靜電產(chǎn)生：以下