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疯狂的COB

2015-6-16 14:45:11      点击:

疯狂的COB



闹了几年的倒装芯片,到今天几乎成了LED封装厂人人追捧对象,光亚展后会见的第一个客户是一家来自米国的LED封装公司,给我带来的是大到2000W的倒装芯片。其芯片发光面尺寸已经是直径90MM,巨大的芯片放在我面前,让之前的LED芯片显得相形见拙。

客户的要求是要我们针对这款芯片设计一个角度尽量小的光学系统。
我们经过三个小时的讨论才让客户明白,如此大的芯片用来做窄角度产品会有多么不现实。

为了说清楚这个道理,免的以后大家在产品开发中错误定位,今天在这里给大家科 普一下:

一个灯具的光学系统能得到多小的出光角度处决于以下几个方面:

一:光源的发光区域大小;

这也是最重要的。要想你的光学系统能得到尽可能小的出光角度,首先要选用发光面积尽可能小的光源。

二:光学系统的尺寸大小;

系统的尺寸大小直接决定了你的产品的出光效率,理想的情况就是要让你的光源所发出的光完全通过你的光学系统收集后投射到你的被照面上。所以要想得到尽可能小的出光角度,要让你的产品的光学系统尽可能大,尽可能长。

 

疯狂的COB之半球透镜

 

自从LED开始被人们应用于照明,芯片上的半球透镜就一直相伴左右,从早期经典的CREEMC-E上的小半球,到今天无处不在的3535

 

光学的人都知道半球类或单片短焦距平凸透镜的最大问题是像差非常大,无论球差还是色差都是透镜形式中最大的。这也是您的产品常常出现黄边的其中一个原因。

 

今天有客户提出一个设计要求,要我们在超大的COB上为他们设计一个半球透镜,因客户对光学不太了解,着实让我们非常为难,是的不就是将现有的小的系统做一个放大版本吗?

 

为了解释清楚为什么不能在一个大COB上设计一个半球透镜,我们讨论以下几个方面的因素:

 

一:正常的设计芯片上的半球透镜尺寸会是芯片尺寸的2.5倍以上,就是说MC-E的直径6.3的半球透镜其中的芯片尺寸是小于2.5MM的,想像一下一个发光面积为直径90COM芯片,如果要给它配一个半球透镜,透镜的直径将会是直径225MM以上,当然这并难不倒一定想加工这个透镜的人,尽管成本不低。

 

二:二次光学器件的匹配;

 

我们都知道3535的芯片像XP-E,它的半球透镜是直径2.75左右,用它来做路灯要配的小花生米大小大约是7MM×11MM,同样放大后在一个直径225MM的半球透镜上装一个花生米将是580MM×900MM。太大!!!

 

 

如果在这个COB上装一个杯型全反射透镜会是什么样子呢?最小的配XP-E的杯型全反射透镜能够得到30度左右的出光角,尺寸大约是直径10MM以上,这样一个透镜配在我们的大COB上将是直径820MM。同样太大!!!

 

 

我真的想不出办法来为这个芯片配上合理的光学透镜。

 

疯狂的COB之反射杯

 

说到反射器想起达芬奇的这张手稿。

 

这张图一直收藏在意大利米兰的达芬奇博物馆。当我第一次站在它面前时,真的有大约半个小时没动过。

 脑海里一直浮现的就是这个巨人对几何光学深入了解,几何光学基础中介绍了三种反射器:

 


抛物面是我们光学设计中得到平行光的最简单的光学器件,要是光源尺寸足够小,将光源放置在抛物面的焦点上,光线经反射面反射后形成平行光束。我们常见的手电筒、雷达天线的反射器就是抛物面反射器的最经典的应用。

 

椭球面是我们光学设计中得到汇聚光的最常用光学器件,同样当光源的尺寸足够小时,将光源放置在椭球面的一个焦点上,光线经反射面反射后就会汇聚在反射面的第二焦点上。很多成像系统的光源系统都采用椭球面反射器。

 

双曲面是我们最不常见的光学反射器,但我们还是在一些要求有一定的发散角度的灯具上看到其应用,同时在虚拟成像系统中常常见到这种反射器的应用。

 

早期我们做灯具光学设计基本上就是围绕着以上三种反射器打转转。

 

自从LED光源特别是COB光源的出现,因为光源的发光面积随着人们对灯具亮度的无节制增加,人们开始讨论是不是仅仅只有这三种反射器能作为灯具反射器用。


我们先看看其它与灯具有关联的领域,能否有我们可以借鉴的经验;汽车照明是资金和技术比较密集的行业,我们来看汽车前大灯的设计思维。我们可以发现汽车前大灯的设计为了满足远方的照度,会将反射器设计成抛物面形,但为满足近处和车两侧的照明只得将反射器变形从而得到既有中心的高照度双有近处的和两侧照明

事实上我们发现对发光面比较大的光源要想得到较汇聚的光,反射器往往不是抛物面。而是这三个基本二次曲面的某种变形。或者由某个这种变形的曲面和某个置于中心的透镜的组合体。



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