Tag 玻璃透镜

       LED透镜，即与LED紧密联系在一起的有助于提升LED的出光效率，改变LED的光场分布的光学系统。

       一、LED透镜按材料分类
       1、硅胶透镜

       ⑴ 硅胶耐温高（也可以过回流焊），因此常直接封装在LED芯片上。
       ⑵ 一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm。

       ⑶ 透光率94%%。

       2、PMMA透镜 
       ⑴ 光学级PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗称亚克力）。
       ⑵ 塑胶类材料，优点是生产效率高（可以通过注塑、挤塑完成），透光率高（3mm厚度时穿透率93%左右）；缺点是耐温不能超过摄氏80度（热变形温度为摄氏92度）。

       3、PC透镜 
       ⑴ 光学级材料（PC，聚碳酸酯 ）。
       ⑵ 塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑、挤塑完成），透光率稍底（3mm厚度时穿透率89%左右）。缺点：温度不能超过摄氏110度（热变形温度为摄氏135度）。

        4、玻璃透镜 

       ⑴ 光学玻璃材料。

       ⑵ 优点是透光率高（97%）、耐温高。缺点：体积大、质量大、形状单一、易碎、批量生产不易实现、生产效率低、成本高等。

       ⑶ 玻璃透镜的透光效果远远好于普通光学塑料透镜，玻璃透镜的前景将更为广阔。

       二、LED透镜按应用分类 
       1、一次透镜

       ⑴ 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。
       ⑵ LED芯片之理论发光角度是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度范围内也有少量余光）。

       另外，芯片还会有一些杂散光线，通过一次透镜便可有效收集芯片的所有光线，并能得到如：180度、160度、140度、120度、90度、60度等不同的出光角度。但是，不同出光角度之LED的出光效率存在一定的差别。一般的规律是，角度越大出光效率越高。
       ⑶ 一次透镜一般用PMMA、PC、光学玻璃、硅胶等材料。 
       2、二次透镜 
       ⑴ 二次透镜与LED是两个独立的物体，但它们在应用时则密不可分。
       ⑵ 二次透镜的功能是将LED光源的发光角度再次会聚成5度～160度内的任意角度。光场的分布主要为圆形、椭圆形和矩形。
       ⑶ 二次透镜材料一般用光学级的PMMA或者PC，在特殊情况下也可选择玻璃。 

       三、LED透镜规格分类 
       1、穿透式（凸透镜） 

       ⑴ 当LED光线经过透镜的一个曲面（双凸的有两个曲面）时光线会反生折射而聚光，而且当调整透镜与LED之间的距离时，角度也会变化——角度与距离成反比关系。

       经过光学设计的透镜光斑会非常均匀。由于透镜直径和透镜模式的限制，LED的光利用率不高，光斑边缘有比较明显的黄斑。
       ⑵ 一般应用于大角度（50度以上）的聚光，如台灯、吧灯等室内照明灯具。

       2、折反射式（锥形或杯形） 
       ⑴ 在正前方用穿透式聚光，而锥形面又可以将侧光全部收集并反射出去，这两种光线重叠（角度相同）就可得到最完善的光线利用与漂亮的光斑效果。

       ⑵ 也可在锥形透镜表面做些改变，可设计成镜面、磨砂面、珠面、条纹面、螺纹面、凸面或凹面等而得到不同的光斑效果。 

3、LED透镜模组

⑴ 将多个单颗透镜通过注塑形成一个整体的多头透镜，按不同需求可以设计成三合一、五合一，甚至几十颗合一的透镜模组。也可以把两个单独的透镜通过支架组合在一起。
⑵ 有效节省生产成本，实现产品品质的一致性，节省灯具结构空间，更容易实现“大功率”等。

麦克亚当过于高深，作为一个偏照明应用的工程师，课堂君也表示不是很懂。但相信在 LED 的时代，光色如何影响人的视觉感受的研究，可能会对色品坐标提出一些新的定义。比如说：不少最新的研究显示，人们对于白光的偏好并非对称于普朗克轨迹两侧而是更偏向于普朗克轨迹的下侧。

       如果你不是搞研发的，我觉得你直接看最后一句话然后转发朋友圈就行了：

       当一个供应商表示能够提供4-阶麦克亚当椭圆范围内的 LED 光源的时候，我们应该知道它确实比5-阶麦克亚当椭圆范围内的 LED 更好，但是我们也应当了解相同批次的 LED 光源内仍是能感受到色差的。

      “麦克亚当椭圆”在照明领域是一个非常重要的名词，但很多照明人对于它的理解存在偏差。不少介绍麦克亚当椭圆的文章中对于其定义与介绍也不是非常准确。

       例如有的科普所讲到的：“1942年科学家麦克亚当利用这个原理对25中颜色进行实验，在每个颜色点大约5到9个对侧方向上测量，记录它们刚好能够分辨出颜色差异时的两点距离，结果得到的是一些面积大小各异、长短轴不等的椭圆，称为麦克亚当椭圆”，其实这个是不正确的定义。

       根据 David L. MacAdam 于1942年发表的文章 Visual Sensitivities to Color Differences in Daylight，在颜色匹配实验中，是以每个方向上颜色匹配实验结果变动的标准差（color matching variation standard deviation）定出颜色的宽容量而并不是以恰可察觉差（Just Noticeable Difference，也可译作刚辨差）确定出椭圆的边界。这么做的原因是为了避免观察波动带来的不合理的影响。

       麦克亚当椭圆表示的是标准差并不是直接表示色差，它代表的是色品的分辨力。在文章中，麦克亚当通过实验证明了，恰可察觉色差与颜色匹配相对应的标准差之间成线性关系，标准差的3倍就是色差的恰可察觉差。

图1： 1阶麦克亚当椭圆

       麦克亚当椭圆通常用“阶”来描述，这里所说的“阶”其实就是指标准差。1阶麦克亚当椭圆指的是距离目标颜色1倍的颜色匹配结果变动的标准差（如图1示）。同理可知，3阶、4阶等的含义。

       如果两个色坐标落在1阶麦克亚当椭圆之内，则人眼几乎是看不出两者是有什么区别的。3阶麦克亚当椭圆边界对应的颜色与中心颜色的差别才是人眼恰可察觉的色差值。

图2：7阶麦克亚当椭圆

       1阶的麦克亚当椭圆非常小，在绝大多数情况下，我们看到的都是按比例放大了的麦克亚当椭圆，其尺寸一般是原始椭圆的7倍或者10倍。

       如图2为放大了7倍的麦克亚当椭圆，图中每一个椭圆都表示是相对其中心色点7倍的颜色匹配结果变动的标准差。这也意味着，在椭圆两端两个相对应的色点彼此间的标准差实际上是14倍。

       麦克亚当椭圆对于色品图的发展意义重大。通过麦克亚当椭圆在 CIE 1931xyz 色品图上的分布，我们可以看出，在色品图的不同位置上，颜色的宽容量并不相同，如蓝色部分宽容量最小，绿色部分最大。

       换句话说，在色品图蓝色部分的同样空间内，人眼能看出更多数量的各种蓝色；在绿色部分的同样空间内，人眼只能看出较少数量的各种绿色。

       由此可知，CIE 1931xyz 色品图是不均匀的。因为如果是均匀的话，那么在图上任何位置的麦克亚当椭圆应该都是半径相等的圆。

       找到一个理想的色品图是十分困难的，因为一个理想的均匀色品图不是一个平面而是一个曲面，并且无法用欧氏几何空间来描述，所以在平面上只能找到近似均匀的色品图。

       色品图的发展历程可以说是让色品图上的麦克亚当椭圆尽可能地变圆的一个过程。

图3：ANSI C78.377中对固体光源的色度规定

       麦克亚当椭圆在照明领域的应用广泛，对于工业界的意义重大。ANSI（American National Standards Institute ，即美国国家标准学会）C78.377 建议灯泡制造厂商生产的荧光灯管的色度坐标应落在以普朗克轨迹（即黑体轨迹）为中心的4-阶麦克亚当椭圆内，而紧凑型荧光灯和固体光源（SSL）的色度坐标应落在7-阶椭圆之内，其中 LED 的椭圆被定义成了四边形，见图3。

       然而不少最新的研究显示，人们对于白光的偏好并非对称于普朗克轨迹两侧而是更偏向于普朗克轨迹的下侧。因而 ANSI 正在与相关部门联合研究与修改 ANSI C78。

       所以，我们应该对麦克亚当椭圆这一概念有清晰的了解。一旦概念有误，不论是在学术上还是在工业界都会带来相当严重的后果。

       当一个供应商表示能够提供4-阶麦克亚当椭圆范围内的LED光源的时候，我们应该知道它确实比5-阶麦克亚当椭圆范围内的LED更好，但是我们也应当了解相同批次的LED光源内仍是能感受到色差的。

近年来，随着照明技术迅猛发展，LED技术日渐成熟。LED产品由于具备经久耐用、节能且价格低等优势，已成为照明行业的绝对力量，被广泛应用于生活及工作的方方面面，与人们如影随形，密不可分。

      有关LED蓝光危害的讨论由来已久，特别是随着LED照明被越来越广泛地应用，产品的光生物安全性问题也越来越为人们所关注，“LED灯会对眼睛造成不可逆伤害，严重或导致失明”可谓是一石激起千层浪，引起无数人关注。

      那么，在照明行业中拥有绝对力量的LED灯，真的会随时危及我们的安全吗？

      为此，我们咨询了复旦大学电光源研究所副所长张善端教授。

      他表示，研究表明，只有非常强烈的LED灯光，即蓝光加权辐亮度要非常高才会导致蓝光危害。“我们2013年就给出过明确结论：只要光源和灯具的表面亮度<100kcd m–2，就是绝对‘蓝光安全’。”

一、“蓝光危害”取决于亮度

      在日常生活中人们接触最多、用量最大的是白光 LED。而白光 LED是基于蓝光 LED 芯片激发黄色荧光粉转化后形成白光，这其中的蓝光就是大众所以为的“蓝光危害”。事实上，并不是有蓝光的存在，就有蓝光危害。

      蓝光危害是指：光源的400–500nm蓝光波段如果亮度过高，眼睛长时间直视光源后可能引起视网膜的光化学损伤。蓝光问题实质是辐亮度、蓝光加权函数和时间的共同作用，只有光源的辐亮度高、蓝光成分丰富、作用时间长才会引起。

可见光的颜色和波长

      据2013年发表的《普通照明 LED 与蓝光》白皮书表明，LED蓝光还与相对色温有密切关系。日常生活使用的相对色温不大于4000K的LED灯是相对安全的，其蓝光含量更与传统光源相差无几。只要使用符合安全指标要求、合理设计的普通照明白光 LED 产品，对人眼是安全的。

      图中表明，色温相同时，LED 的蓝光安全亮度上限跟荧光灯差不多。

      此外，蓝光危害与光源无关。即使是太阳光里的蓝光和紫外线，如果长期高强度地照射，对人的皮肤和视网膜都是有害的。任何光源的辐亮度高达2×107 W m–2 Sr–1 (亮度为1.6 Gcd m–2)，蓝光加权辐亮度为2.1×106 W m–2 Sr–1，只要注视时间超过0.5s也可能引起蓝光危害。

      从光生物安全的角度来衡量，LED 与白炽灯和荧光灯等传统照明光源并没有本质上的差别。在同样的色温下，由典型 LED 所产生的蓝光成分并不比其他技术下的光源所产生的蓝光成分高，并且远远低于日光中的蓝光辐射剂量。

      因此可见，一般常用于普通照明的 LED 光源是无危害的。

二、蓝光不可或缺

      虽然人们对 LED 光谱中的蓝光的负面作用有特别的顾虑，尤其是蓝光危害，但我们也不能忽视蓝光在调整人体生理节律、警觉度和代谢过程中的重要作用。

      在普通照明应用的光谱范围内，高色温或冷白的 LED 光源可用于营造与自然的昼夜节律相协调的光环境，保持人们生理状态的健康。

      据2013年发表的《普通照明 LED 与蓝光》白皮书指出，可见光除了刺激视觉形成外，还能调节人体的生理节律、警觉度和代谢过程，保持人体健康。

      其中，可见光的蓝光成分在这一方面的作用尤其明显。其作用机制是通过抑制松果体分泌褪黑激素、刺激肾上腺分泌皮质激素(可的松)等，起到改变生理节律、调节人体生物钟的作用，这称为非视觉生物效应。

      根据美国《科学》杂志报道，哺乳动物视网膜上除了锥状细胞和杆状细胞外，还有第三类感光细胞：视网膜特化感光神经节细胞(ipRGC)。非视觉生物效应函数 C(λ)的峰值波长为 464 nm, 位于蓝光区域。因此，为了调节人体的生理节律，蓝光是必不可少的。

      现今，LED作为主流光源，已广泛应用于显示屏、室内外照明、舞台灯光等各领域。由于其不仅具备高效、节能、容易回收、无毒、使用寿命长等环保优势，还具有全数字化、易控制、可调光等智能特性，随着国家政策的出台及节能环保需求的提升，将不断替换传统照明产品，全面进驻我们的生活。

      因此，为了让我们的生活更便捷愉悦，我们要正确认识LED灯，不必谈蓝光色变。

一、LED与蓝光危害的关系

      前段时间CCTV《第一时间》播出的“真相报告：LED会伤害眼睛吗？”节目再次引起了普通百姓对于LED蓝光危害的关注。在国家大力提倡LED照明的今天，帮助社会大众全面而正确地认识LED与蓝光危害的关系就显得至关重要。

      所谓蓝光危害是指当由灯具或者光源发出的光线中波长为400-500纳米的蓝光波段亮度过高，并且人眼长时间直视灯具或光源而引起视网膜的光化学损伤。

      由上述定义我们可以知道，蓝光危害的实质是辐亮度、光谱蓝光含量和时间的共同作用。只有当光源或灯具的辐亮度过高、光谱中蓝光成分丰富、长时间直视的情况下才会产生蓝光危害。

      专业人士一般使用蓝光加权辐亮度来综合量化光源辐亮度与光谱蓝光含量。而一般高色温光源光谱中所含蓝光成分较高。

      太阳是我们身边具有极高辐亮度的光源（其辐亮度高达2×107W/m^2.Sr），并且其色温较高，蓝光加权辐亮度高达2.1×106W/m^2.Sr，只需持续注视超过0.5秒就可能引起蓝光危害。当然，由于人眼在强光下的保护机制，视线会很快离开太阳。相比之下，我们生活中常见的传统光源，例如：白炽灯、卤钨灯、荧光灯等，辐亮度较太阳相比都要低2-3个数量级。比如：2700K的白炽灯，其蓝光加权辐亮度为1.3×103W/m^2.Sr，持续注视超过770秒后会产生蓝光危害。当人们在正常使用这些光源的情况下，都不会存在蓝光危害的问题。

      而LED之所以会引起大家对蓝光危害的关注，主要是由于两方面的原因：1）亮度高；2）光谱蓝光含量丰富。

      LED相比于其他传统光源的一大优势便是体积小，而恰恰就是这一优势造成了LED的亮度过高。目前绝大部分的LED均使用蓝光LED作为发光芯片，使用荧光粉转化一部分蓝光至长波段并且与剩下的蓝光结合而发出白光，这一发光机制导致了LED光谱蓝光含量丰富。

      但是普通百姓生活中所使用的一般都是LED灯具。用于户外照明的LED灯具一般都经过精确的光学设计来防止眩光的产生；用于室内照明的LED灯具一般都使用扩散板来增大出光面积而减小不舒适眩光。这样的改变都把这些用于普通照明的LED灯具的辐亮度降低到了与荧光灯相类似的等级。并且普通照明的LED大部分为白光LED，荧光粉的存在也降低了蓝光含量。因而，那些用于普通照明的合格LED产品，一般不会造成蓝光危害。在我们前几期所刊登的俞安琪老师的文章中我们也可以看到，绝大部分合格的LED产品的蓝光危害都属于无危险或者低危险，一般都不存在蓝光危害。

      但是，这并不代表我们可以随意使用这些LED灯具。正如CCTV《第一时间》和俞安琪老师的文章中的检测结果所显示的那样，当我们异常使用LED灯具，例如除去了那些灯具的必要部分（扩散板、防眩光部件等），LED的辐亮度会大大提升，有些灯具或光源就会产生蓝光危害。

      对于LED，只需合理使用合格的LED产品，我们完全不需谈“蓝”色变。

二、R9为什么这么重要？

      显色性是如何评价的？

      显色性（colour rendering）是评价照明质量的一个重要方面，我们知道有几个概念：显色指数Color Rendering Index（CRI），一般显色指数Ra，现在又经常提起R9；同时，在评价显色指数时，有8个、14个、15个评价指标的区别。

      就照明领域来说，我们最熟悉的是显色指数CRI。显色指数其实是评价被测光源相对于基准光源而言忠实显色能力的指标。

      现行的显色指数评价体系包括了14个标准色，其中的8个为彩度中等的标准色，另外6个则包括彩度较高的红色、黄色、绿色、蓝色，以及西方人皮肤和绿色树叶。

图1：彩度中等的1-8号标准色

图2：彩度较高的红色、黄色、绿色、蓝色，以及西方人皮肤和绿色树叶

      我们用显色指数来衡量这14个标准色中的每一个在被测光源与基准光源照射下差别有多大。当某一个标准色在两者的照射下完全相同时，这一光源对于该标准色的显色指数就是100；而当差别很大时，显色指数甚至可以为负值。

      我们平时所说的14个评价指标其实就是针对被测光源相对于基准光源而言对于这14个标准色中每一个的忠实显色能力；而我们所谓的8个评价指标则是对被测光源对于前8个中等彩度的标准色中每一个的忠实显色能力。所谓的显色指数CRI，也就是我们所说的Ra，是这8个评价指标的平均值。

      当被测光源的色温小于5000K时，基准光源就是具有相同色温的黑体辐射；当被测光源的色温大于5000K时，基准光源就是具有相同色温的CIE日光模型。

      而在计算的时候，基准光源的显色指数被定义为100。由于白炽灯与黑体辐射有非常相似的光谱分布，所以一般白炽灯的显色指数为100。

      对于传统光源而言，CRI可以较好的评价光源的忠实显色能力，但是CRI对于LED的评价有很大的缺陷。

      大家必须要牢记的是，CRI只能用于客观评价这8个彩度中等的标准色在被测光源照射下相对于在基准光源下的相似程度，是一个评价光源忠实显色能力的指数，并不能用于评价人们对于颜色的偏好，也就是效果显色。

      CIE只指定了14个标准色样

      新版GB50034-2013里面提到特殊显色指数Ri时称：特殊显色指数（special colour rendering index），是光源对国际照明委员会（CIE）选定的第9-15种标准颜色样品的显色指数，符号是Ri。

      事实上，国际照明委员会（CIE）目前只有14个标准色样，没有第15个标准色。GB50034-2013是在CIE指定的14个标准色样基础上加上了亚洲人肤色。

      R9是什么？为什么这么重要？

      在实际应用中，我们通常会标示CRI或者Ra是多少，但是，与以前不同的是，LED时代，R9正在越来越多被提及和关注。R9为什么突然变得这么重要？是因为LED光源的关系吗？

      R9其实是我前面已经提到的14个标准色中除去8个具有中等彩度后剩下6个标准色中的一个，是用来评价光源对于高彩度红色的忠实显色能力。

图3：不同显色指数的荧光灯显色性对比，其中黄颜色基本没差别，但是红色（R9）的差距很大。

图片来源：Patrick Mansell/Penn State

      我们之所以如此强调或者说关注R9指数，其实是因为红色对于我们而言特别重要，光源对于红色的显色能力直接影响光源对于我们人体肤色的显色能力，并且我们特别在意红色物体以及我们肤色在灯光下的颜色。

图4：同样的食物在不同R9显示指数灯具下的效果。

图片来源：CREE

      而R9对于LED来说就更为重要。随着LED的快速发展，我们能够越来越方便的调节白光LED的光谱。为了提高光效，大家纷纷减少了在波长较长区域的能量，也就是红色波长区域的能量，而把更多的能量放在了555nm左右。这样一来LED对于红色，尤其是彩度较高的红色的显色能力就会下降，而这种下降不能被CRI表现，这也就是为什么R9对于LED说尤为重要的原因。

图5：从技术上来说，为了提高光效，LED更容易削减红色部分光谱成分。图为同样质地颜色的凳子在不同的光源下呈现的不同效果，左为卤素斗胆光源、中间为2700K色温LED光源，右侧为4000K色温LED光源。

图片提供： 黄炜铭

三、白光LED为什么不能显示白色？

      国际上，关于光源对于白色的显色研究已经有了很长的历史。最近，这个问题之所以引起大家的广泛关注，主要原因就是普通的白光LED在对白色的显色性上存在很大的缺陷。

      我们身边大部分的白色物体，例如：白纸、衬衫、就连我们的牙齿都含有荧光增白剂。生产厂家通过调节荧光增白剂的含量来调节这些物体的白度。

图6：紫外线照射下含有荧光增白剂的餐巾纸。

图片来源：网络

      荧光增白剂的工作原理其实与我们大家熟悉的荧光粉一样，它可以吸收紫外以及紫色的光，然后将这部分的能量转化为蓝色光。而我们人眼看来在一定限度内，白色带一点蓝色要比纯白色来的更白。

图7：荧光增白剂的工作原理。

图片来源：网络

      由于大部分白色物体都含有这样的荧光增白剂，所以我们大家都已经非常熟悉这些经过荧光增白剂调节后物体的白度了。

      对于传统光源来说，不管是白炽灯、荧光灯、HID都含有一定的紫外辐射或者波长较短的紫光，他们都可以激发荧光增白剂来达到提高白度的效果，而带有这些紫外辐射则是由于这些光源的发光原理所带来的，并非大家刻意地加入紫外或者紫光。

图8：如上图左侧灰色区域所示，白炽灯、日光和荧光灯等均含有380-430nm短波紫光和紫外成分，由蓝光激发黄色荧光粉发白光的LED缺乏此波段的光谱成分。

图片来源：照明微能量

      我们现在身边常用的白光LED都是蓝光LED加上荧光粉，它们基本不含任何的紫外光以及波长较短的紫光。正是由于这一原因，LED无法激发白色物体中所含的荧光增白剂，所以那些白色物体在LED的照射下不再这么白了。

图9：两个LED灯具，CRI都在80以上，下面可以正确表现不同白度，上面的不可以。原因是：经过光谱设计后，下面的LED有准确的紫光含量可以激发荧光增白剂

图片来源：Patrick Mansell / Penn State

      需要指出的是，并不是说我们可以简单的在白光LED里加上紫外光就可以解决这一问题。我们已经通过实验表明，人们对白度也有一个偏好的存在，那些白色物体并不是越白越好。白光LED需要通过仔细的光谱调节来准确地显示那些白色物体的白度。

大部分照明设计者认为，所有LED产品的品质都是一样的。其实不然。对于简单指示照明，低品质的LED就足以满足要求了。但在要求一致性、可靠性的固态指示或照明等应用领域里必须采用高品质的LED，尤其是在恶劣环境下，例如：在高速公路、军用、航空，以及工业应用等。

图1：北京大兴国际机场

一、根本因素

      区分LED质量高低的因素是哪些？如何说出两种LED的差别？实际上，选择高质量的LED可以从芯片开始，直到组装完成，这期间有许多因素需要考虑。

      制造公司能够生产优良的、指标一致的晶圆是从高品质的LED制造材料做起的，进而可以制造出优良的芯片。

      在决定LED所有性能指标的条件中，晶圆生产工艺所采用的化学材料是相当重要的因素。一片2英寸晶圆可以切割出6000多个LED芯片，这里面仅有个别芯片的性能指标与整体不同。

      而一个优秀的芯片生产商制造的芯片在颜色、亮度和电压降等方面的差异性非常小。当LED芯片封装完成后，它们的许多性能指标就有可能存在很大的差别，如视角。此外，封装材料的影响也是相当大的，例如，硅树脂就比环氧树脂的性能好。

二、分类能力

      优秀的LED制造商不仅能制造高质量的芯片，而且也具有根据LED的颜色、亮度、电压降和视角的不同而对其进行分类包装的能力。

      高品质LED供应商会向客户提供工作特性一致的产品，而品质较低的LED供应商则只能提供类似于“混装”的LED。

      对于高端的、质量要求严格的应用领域，例如机场跑道的边界灯，必须满足FAA级的颜色和亮度规范，为保证性能和安全，LED包装的一致性也是被严格限定的。

      包装等级较差的LED被用在要求严格的应用领域会导致过早发生故障等一系列非一致性问题，很有可能酿成重大事故。

      为了避免设备停机和保证设计中规定的LED具有可靠的工作特性，在高端和质量要求严格的应用中避免使用 “混装”产品是相当重要的。

图2：长沙宁乡刘少奇同志纪念馆

三、产品配套能力

      除了分立LED，LED的组装和供电对于它的性能、亮度和颜色等指标都有非常重要的影响。由于环境温度、工作电流、电路结构、电压尖峰和环境因素等都能够影响LED的性能指标，恰当的电路设计和组装是保护LED和保证性能的关键。

      LED制造商也使用多种技术和不同的材料来设计电路结构和组装，大多数情况下，LED装配者的经验高低的差别会造成同一个应用中的LED在整体性能和可靠性上存在差异。

      随着LED需求的迅速增长，服务全球市场的制造商和组装厂同样迅速增加。但令人遗憾的是，激增的支持厂家不仅大量采用低品质的LED，他们的封装和LED 设计工程师经验也相对不足。

      因此，除了通过已有的经验准确筛选LED供应商外，OEM厂商也必须考察他们的电路设计和组装技术以确保满足设计规范，以及设计是否提供了足够的散热能力，因为导致LED发生故障和性能不一致的主要因素是过热。

      为确保满足设计要求，OEM必须检测LED的组装和电路结构。

四、第三方测试

      为了消除测试中存在的不公正，许多公司都委托第三方来测试LED的组装和电路结构。一个LED器件可能在苛刻环境下测试或使用数周。

      在测试过程中，同时进行压力、温度循环、电压固定/变化、电流固定/变化等测试，以及其他苛刻环境条件下的测试来决定LED是否满足应用的要求。

      测试前后发生的大量的参数改变都要被记录下来，同时要监视被测LED亮度、颜色和电压降的变化。

      加速生命周期测试是特殊应用领域内避免故障的一个关键测试。测试有助于确保筛选出那些期望至少可以工作100000小时，但仅工作1000小时就提前发生故障的LED。

      这种情况是可能出现的，因为低品质的LED（也可能是组装设计得不合理的高品质LED）在工作1000小时后亮度就会降低。

      实际上，一个低品质的LED如果有更高的驱动电流，在工作初期会比高品质的LED更亮，然而，过高的电流会使LED发热过快，最终结果是亮度变暗或烧毁。

      另外，组装技术在某种程度上对LED性能的影响要比芯片本身还大的例子也是有的。设计工程师应该向LED供应商索要LED的可靠性规范，并且也应该进行 LED的组装测试以保证亮度比较高的确实更好。

      优秀的LED供应商可以保证他们的LED组装技术的可靠性能够持续三年或更长，并且可以进一步提供包含高品质LED和针对特殊应用而进行的恰当设计在内的最终LED产品。

图3：北京大兴国际机场

五、检测的重要性

      两个在运输领域内的应用有助于解释充分的测试如何防止LED在提供高度可视性的应用中发生故障。

      在20世纪90年代早期，LED用于轿车和卡车的刹车灯。有些LED设计很快就出现了性能指标上的不一致性，并很快烧毁了，其原因或许是由于LED的质量问题，或许完全是产品本身的设计问题。直到最近，在交通信号灯方面，当LED成为更合适的光源时，这种现象才被重视。

      设计布满LED的直径8英寸或12英寸的印制板的公司必须在选择LED和改善设计等方面考虑环境和应用需求。

      以上任何情况，如果压力测试或加速生命周期测试都已经做过了，就可以认为是高质量的LED或LED的组装是合格的，也就可以应用在需要更长使用寿命和更高可靠性的场合了。

图4：宁夏中卫沙漠星星酒店

六、合理使用

      不是每个应用都需要高质量LED组装技术的。如果LED的组装不符合苛刻环境的要求，应用也不一定会出现较大的安全风险，或者，如果最终产品的维修成本不是很高，采用差一些的组装技术也许更合适。

      最根本的一点是LED必须是能够买得起的。因此，在成本要求限制之内，就必须考虑供应商产品的包装等级、组装设计的经验和测试等因素。

      满足应用及市场需求的设计是服务于最终用户的最有效手段。

      如果应用需要高端解决方案，那么芯片供应商的选择、设计经验，以及测试都是应该考虑的因素。如果不考虑高端产品的销售价格，就应该仔细斟酌区别好与坏LED的其他相关因素。

      具备对包装等级进行分类能力的LED供应商，以及能够进行可靠性、加速生命周期测试的厂商是可以进行长期合作的，这有助于制造商采用更可靠的LED开发高端产品。

一、透镜技术进化历程

      阿拉伯学者阿尔哈雷（Alhazen，965 – 1038）首先发明了凸透镜，培根（R.Bacon, 1214 – 1294）提出采用透镜组构成望远镜的可能性，并描述了透镜焦点的位置。阿玛蒂（Armati）发明了眼镜。波特（G.B.D.Porta，1535 – 1615）研究了成像暗箱，并在1589年的论文《自然的魔法》中讨论了复合面镜以及凸透镜和凸透镜组的组合。综上所述，到15世纪末和16世纪初，凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件已相继出现。

      1、正负透镜（凹凸透镜）

图1 正负透镜（凹凸透镜）

      15世纪初16世纪末出现了正负透镜也就是凹凸透镜。凸透镜是由两面磨成球面的透明镜体组成，凹透镜是由两面都是磨成凹球面的透明镜体组成。由于凸透镜有汇聚光线的功能，故大部分用于照明的灯具都使用凸透镜（下文所提透镜均为照明产品透镜），我们称为聚光灯，其种类要比泛光灯要多得多。聚光灯投射光斑集中，亮度高，光线方向性强，易于控制，光线存在会聚焦点，光斑大小和焦点位置可控。

      2、玻璃透镜

图2 玻璃透镜

      19世纪初，光学玻璃透明度高、纯洁、无色、质地均匀，且有良好的折光能力，并且具有耐高温、穿透率高的特点。由于化学成分和折射率不同光学玻璃有以下几种：

      1）火石玻璃——在玻璃成分中加入氧化铅，以增加折射率（1.8804）。

      2）冕牌玻璃——在玻璃成分中加入氧化钠和氧化钙制成，以减低其折射率（钡冕玻璃的折射率为1.7055）。

      3）镧冕玻璃——为所发现的新品种，它具有折射率高，色散率低的优良特性，为创造大口径的高级镜头提供了条件。

      3、菲涅尔透镜

图3  菲涅尔透镜

      1823年菲涅尔透镜首次用于灯塔照明。菲涅尔透镜 (Fresnel lens) ，又名螺纹透镜，多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。

菲涅尔透镜，第一个作用是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上；第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号；第三个作用是极大的降低成本。

      4、硅胶透镜

图4 硅胶透镜

      硅胶透镜产生于20世纪初。主要特点——

      1）耐温性：LED硅胶产品的热稳定性高，高温下（或辐射照射）分子的化学键不断裂、不分解。

      2）耐候性：LED硅胶产品不易被紫外光和臭氧所分解，具有好的稳定性，寿命也长。

      3）电气绝缘性能：LED硅胶产品其介电损耗、耐电压、耐电弧、耐电晕、体积电阻系数和表面电阻系数等均在绝缘材料中名列前茅，而且它们的电气性能受温度和频率的影响很小。

      4）低表面张力和低表面能：有机硅胶的主链十分柔顺，表面张力弱，表面能小，成膜能力强。

      采用硅胶封装作为透镜，不但有良好的折射率，还可以承受260°的高温，使产品在客户加工过程中耐热性能提高，可以在过回流焊中保持性能稳定，达到客户加工要求。

      5、PMMA(亚克力)透镜

图5  PMMA(亚克力)透镜

      PMMA(亚克力)透镜产生于1950年左右。亚克力具有质轻、价廉，易于成型等优点。它的成型方法有浇铸、射出成型、机械加工、亚克力热成型等。尤其是射出成型，可以大批量生产，制造过程简单，成本低。使用PMMA材料其透光率较高可达到95%，而PC则在90%；但PC材料耐温性较高，超过120℃才产生形变，PMMA材料一般不超过90℃。室内照明和背光使用PMMA材料较多，室外的的路灯透镜多数采用PC材料。

      灯具生产中将PMMA透镜用胶黏在带有LED的铝基板上，把带有LED的铝基板涂上导热硅胶后用螺丝固定在铝制反光杯中心。通过PMMA透镜和反光杯的多次对光的汇集和导出，减少光在产品内部的停留，从而降低产品内部的热量，并充分利用光源，使照射出来的光线均匀可控。LED所产生的热量通过反光杯的立体散热，会把热量迅速的分散，反光杯与产品外壳的紧密结合，充分导出产品内部的热量，增加产品的使用寿命。

      6、自聚焦透镜

图6 自聚焦透镜

      1968年，产生了自聚焦透镜。自聚焦透镜材料能够使沿轴向传输的光产生折射，并使折射率的分布沿径向逐渐减小，从而实现出射光线被平滑且连续的汇聚到一点。

      7、非球面透镜

图7 非球面透镜

       非球面透镜出现于1971年，它具有更佳的曲率半径，可以维持良好的像差修正，以获得所需要的性能。非球面透镜的应用，带来出色的锐度和更高的分辨率，同时镜头的小型化设计成为了可能。非球面透镜简化了光学工程师为了提高光学品质所涉及的元素，同时提高了系统的稳定性。非球面透镜和球面透镜相比，非球面透镜可以修正球面透镜在准直和聚焦系统中所带来的球差。通过调整曲面常数和非球面系数，非球面透镜可以最大限度的消除球差。例如在变焦系统中，1片或者2片非球面透镜就可以实现10片球面透镜相类似或更好的光学品质，从而减小这个照明产品光学系统的尺寸，降低成本，提高生产效率。

      8、复眼透镜

图8 复眼透镜

      复眼透镜是由一系列小透镜组合形成，将双排复眼透镜阵列应用于照明系统可以获得高的光能利用率和大面积的均匀照明。复眼透镜阵列要实现均匀照明和提高照明亮度需两列复眼透镜阵列平行排列，第一列复眼透镜阵列中的各个小单元透镜的焦点与第二列的复眼透镜阵列中对应的小单元透镜的中心重合，两列复眼透镜的光轴互相平行，在第二列复眼透镜后放置聚光镜，聚光镜的焦平面放照明屏就形成了均匀照明系统。

      9、微透镜阵列

图9 微透镜阵列

      1980年采用当时先进的光刻工艺，制作出排列整齐、结构均匀的微透镜阵列，而且微透镜阵列的表面为平面，易于与其它平面元件耦合连接。它具有较好的聚光、准直、分路、成像、波分复用、开关、隔离等三维功能。由于单个透镜的直径小，透镜密度高，可实现信息的大容量、多通道并行处理。

      随着科学技术的进步，当前的仪器设备已朝着光、机、电集成的趋势发展。目前能够生产出只有用显微镜、扫描电镜、原子力显微镜等设备才能看到的直径非常小的透镜与透镜阵列，就是微透镜和微透镜阵列。它体积小、重量轻、便于集成化、阵列化。改变了传统光学元件尺寸大、重量大、生产工艺复杂等问题。随着科技的发展，现在已经能够制作出直径为毫米、微米甚至纳米量级的微透镜与微透镜阵。

      10、树脂透镜

图10 树脂透镜

      树脂透镜产生于1990年，与无机的玻璃镜片相比, 合成树脂透镜具有十分高的安全性。由于耐冲击强度高, 在受冲击时, 不易出现象玻璃粉碎时那样的碎片。另外, 加工性能优良、重量轻、着色方便, 也是合成材料的主要优点。但是, 合成树脂透镜的缺点也是明显的，主要是表面硬度(HB) 较低,易擦伤；折射率低，一般在1.50 左右；欲制作相同度数的有度镜片, 将比玻璃片要厚许多；耐热性、耐气候性差, 时间长易变色、老化；耐溶剂性也较差等等。

      11、导光柱

图11 导光柱

      导光柱也是一种透镜，它将光以最小损耗从光源传输到一定距离，光线是依靠全内反射在导光柱内部传输。导光柱通常是采用光学材料制成，如：丙烯酸树脂，聚碳酸酯、环氧树脂和玻璃。导光柱的外表面光滑是其正常工作的重要保证，也能保证产生全内反射。导光柱可以制作成任何形状，圆柱形、方形、锥形（尺寸从入口到出口逐渐增加）或任何特殊形状（剪头、星型、半月型等等）。

12、TIR透镜

图12  TIR透镜

      1996 年产生了TIR透镜，TIR（Total Internal Reflection）透镜又称全内反射透镜。全内反射透镜是采用全反射原理，将光线收集并处理，可提高LED光能利用率。根据LED的光能分布特点，通过控制光线路径得到TIR透镜折射面和反射面轮廓曲线上的离散点，利用插值得到样条曲线，再旋转360°得到透镜模型。全内反射透镜能在保持透镜小尺寸的同时，光能利用率仍为95.26%，光束的发散角控制在正负15°以内。

13、液体透镜

图13 液体透镜

      2000年产生了液体透镜。它是将液体作为透镜通过改变液体的曲率来改变焦距。在兩片导电玻璃之间灌满液晶，再利用电场來控制液晶的折射率，并由折射率的分布来达到聚焦的功能，同时控制焦距，甚至做出凹透镜效果。由于外部变焦的机构通常较为庞大且笨重，而运用液晶变换的方式改变微透镜焦距，可以大大减小机构的体积。同时也可以运用电力改变液晶的旋转方向，达到聚焦点方向的转换。

14、薄膜透镜

      薄膜透镜是一种基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜的软模压印制作微透镜的方法。PDMS薄膜在负压作用下变形，形成微凸透镜或凹透镜结构，前最小直径可以达到30μｍ。薄膜透镜进行微观结构设计，使得光线在通过薄膜时光线发生改变。由于其生产容易、成本低、体积厚度小，受到越来越多厂家关注。

图14 薄膜透镜制作工艺过程

图15 薄膜透镜

      二、透镜技术进化路径

      1、物体分割进化路线

      对系统组件进行分割也是系统动态化进化的方法。分割是系统发展的一个方向，是将整体的、单一体的物体逐步分隔成多个部分，这样的分割基本上是可以无限制地进行到物体转变为真空，然后到“理想系统”。从本质上来讲分割路线展示的是系统从宏观层次到微观层次的跳跃。

      由于尺寸较大的宏观物质所完成的功能逐步进化为由尺度较小的微观物质来完成，用以消除系统在宏观级中出现的矛盾，提高原有系统的性能。进化后的系统表现在控制参数更有效、更柔性，成为可以执行更多的功能，而且品质更高、尺寸更小、效率更高、耗能更少、更加理想的系统。技术系统是由物质组成的，物质有不同的尺度、层次及不同的物理结构。由宏观向微观进化，就是通过应用不同能量场的结果，使物质在物理结构上，由整块晶体结构不断分化为小块、粉末等更小尺度，逐渐向分子、原子、离子等基本粒子转化。

图16 由宏观到微观的物质状态进化路径

      LED灯具在使用过程中，光源产生的光线经过透镜的折射、反射，与LED紧密联系在一起能增强光的作用，使灯具产生期望的光线的汇聚和发散功能。可以根据不同的透镜改变LED的光学分布的光学系统。

      可以把单颗透镜称为LED灯具的初始方案，现在随着单系统透镜的进化，产生了两颗透镜、三颗透镜、多颗透镜，甚至复眼透镜。透镜上的颗粒越来越多，透镜的尺寸也越来越小。

图17 单－双－多透镜系统进化路径

      接下来的分割是在分子层次上进行的，二十世纪产生了液体透镜，通过改变液体的曲率来改变焦距。但是目前液体透镜只应用于高档数码相机、手机、摄像机、工业内窥镜等产品上，还没有应用于LED灯具照明领域。所以根据TRIZ技术系统进化法则的“物体分割进化路线”，照明产品透镜的分割进化路线如下图：

图18 照明产品透镜的物体分割进化路线

      2、物体表面特性进化路线

      物体一般通过表面实现相互间的接触，因此系统任何元素的表面都是对其进行改良的重要资源。通过改变表面的微形状和特性，可以控制物体件的摩擦力和粘附力以及物体对物体的作用。物体表面特征进化路线从拥有光滑平面的物体开始，包括以下步骤：形成凹凸——形成微雕表面——形成有特殊特性的表面。

      在实际使用这条路线时，对其内部的每一个方案的具体化都有很广阔的应用前景。刻意在物体表面设想大量的凹凸类型：纵向的、横向的，像槽沟一样的凹凸。

图19 表面特性进化路线

      可通过多种方法得到特殊性质的表面，其中一种是使用各种场及其组合，也可使用具有特殊性质的物质：弹性物质、对其表面附着力可控物质、不同的反光性质的物质及其他有特殊性质的材料。

图20 透镜单系统进化路线

      物体通常从光滑表面开始进化。随着发展，物体表面的微观形状开始变得复杂起来。透镜最初产生的时候是表面光滑的凸透镜、凹透镜。15世纪末和16世纪初，凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件已相继出现。19世纪以后陆续出现了透明度高、纯洁无色、有良好折光能力的光学玻璃，如：火石玻璃、冕牌玻璃、镧冕玻璃等，接着又出现了硅胶透镜、PMMA透镜、树脂透镜等不同材料。硅胶透镜不但有良好的折射率，还可以提高在加工过程中耐热性，降低生产成本，延长灯具寿命。PMMA(亚克力)透镜具有质轻、价廉、易于成型等优点。可以注射成型、浇铸成型、机械加工、亚克力热成型等，可以进行大批量生产，制程简单、成本低。另外PMMA透镜透光率较高可达到95%。

      物体一般通过表面实现相互间的接触，照明产品的透镜通过表面跟光产生折射作用。因此，透镜系统表面是实现对其进行改良的重要资源。通过改变透镜表面的微观形状和特征，来控制对光的折射角度和折射、反射作用。根据物体表面特征进化规律，物体通过对光滑表面开始进化，随着发展，物体表面的微观形状开始变得复杂，透镜也不例外。最初当透镜刚发明的时候只是光滑表面，当它用到LED照明产品上，只是将LED点光源的光线，改变为平行光，甚至更大角度的光。随着非球面透镜的出现和应用，带来出色的锐度和更高的分辨率，同时镜头的小型化设计成为了可能。总之，无论是出现硅胶透镜、PMMA透镜、树脂透镜等不同材料的透镜的变化，还是非球面透镜都是单系统不同参数的进化。

      透镜的下一步进化，表面形状变得复杂起来。1822年产生的菲涅尔透镜 (Fresnel lens) ，通常压有各种各样“龟纹”或“蜂窝”，使光线适当散射，使照明效果柔和均匀，无明显边界。它比普通透镜更薄，更大的降低成本。菲涅尔透镜的出现使得透镜向体积更小更薄的方向进化。

      在透镜的进一步进化过程中，为了改进传统透镜尺寸大、重量大、工艺复杂的缺点，1980年出现了利用当时先进的光刻工艺，制作出排列整齐、结构均匀的微透镜和微透镜阵列，改善了这一问题。现在已经研发出了直径为毫米、微米甚至纳米级的微透镜。此时的透镜已经形成了微雕表面，尺寸更小，形状更复杂。近年来透镜开始向更加微观进化，产生了薄膜透镜，这是一种利用薄膜的软模压印方法制作的微透镜。薄膜透镜通过微观设计，薄膜在负压作用下变形，形成微凸透镜或凹透镜结构，使光线通过薄膜时发生改变，具有生产容易、成本低、体积小、厚度薄等优点。

图21 透镜表面特征进化路线

      动态性进化法则：子趋势二组成动态化。在表面特征进化中可以发现先是形成了凹凸，然后凹凸尺寸变小，形状变得复杂，最后转变到了微观层次，即转变到了有特殊性质的表面，这种性质是通过加入场或者力来实现的。所以从拥有光滑表面的物体开始，到形成凹凸（凹凸可以纵向的，横向的，像沟槽类型）进化为微雕表面，进而形成有特殊性质的表面。

图22 系统组成动态化进化路线

      在前面导光板的进化部分，我们已经提到了向超系统进化法则。一个技术系统与另一个或多个技术系统（即超系统）相互结合，称之为超系统的集成，这种不同系统之间的优化组合与充足，体现了向超系统进化法则。技术系统向超系统进化，可以在资源约束的条件下，通过系统合并增加功能或降低费用。LED透镜的主要用途是通过折射光线增加光效，改善光的均匀度及投光角度。LED反光杯是通过对光线反射改变光线的投射角度，达到最强光强分布及实现各种光束角，提高光效，减少散光、眩光。

      LED透镜与LED反光板主要功能相似以及作用对象相似，所以属于竞争系统。根据向超系统进化法则的趋势一，我们知道系统进化有技术系统与超系统集成参数化增加的趋势。当TIR透镜（全内反射透镜）产生时，它集成了透镜与反光杯两系统的优势。它通过折射和反射来控制光线路径。TIR透镜能更好的提高LED光能利用率，更精准的控制光束发射角。进而TIR透镜会沿着参数差异化增加的方向进化。TIR透镜表面特征出现了类似棱镜的特征，它能更好帮助TIR透镜实现全内反射，又使TIR透镜变的更薄。

      在灯具的实际运用中我们发现TIR透镜一般与大功率的COB光源的筒灯或者射灯配合使用。那么一般也会出现遮光罩的光学器件。因为筒灯或者射灯会产生眩光，遮光罩可以帮助阻挡眩光的作用，所以会有一些灯称为防眩射灯。那么LED透镜与LED遮光罩就互为联合系统（所谓联合系统是它们的主要功能不同，但作用对象一样），两个联合系统也可以集成为一个系统，所以出现了新的防眩光的TIR透镜。

      它与遮光罩的原理不同，遮光罩的原理是通过反射能有效消除杂光的再反射作用，也可以起到防眩光、遮光、吸光的作用。防止眩光的TIR透镜的设计原理为，通过TIR透镜的全内反射作用，利用透镜表面将杂光可眩光通过二次反射改变光线的方向，从而达到防止眩光的目的，但是防眩光的TIR透镜，光效相对较低，只有70％左右。

图23 透镜向超系统进化路线

      根据构建进化树的基本方法，我们可以构建透镜的进化树。首先选择主要的进化路线，即所构建进化树的主干。选择内部元素变化最明显的进化路线，即动态化的物质动态化进化路线作为进化树的主框架。然后根据其他进化路线确定进化树其他子进化路线，如动态化的组织动态化进化路线、向超系统进化路线等，最后对进化树的结构做出补充和确认。

图24 透镜进化树

目前我国光学材料行业仍以生产传统的光学玻璃为主，一些新型材料需从国外进口，不能完全满足我国高科技发展的需要。在光学材料方面，我国急待需要进行技术研究和技术创新工作，即开发新型的光学材料，研究先进的制造工艺以及测试技术，尽快形成我国的产业化规模生产。

　　新型光学材料对促进我国光学材料行业优化升级，提高工艺技术和产品质量，改善环境质量，赶超世界先进水平起到了积极地带动作用，对中国光学材料行业的发展具有重要的意义。

　　光学材料的现状

　　在过去，光电信息技术取得了很大的成就。为了适应这一迅速发展的要求，必须在较宽的前沿领域寻求新的突破，如传输、开关、数据存储和显示技术等。

　　由于现代光学、光电子学等的迅猛发展，光学材料也取得了快速的发展。目前，光学材料的种类多达几十种：无色光学玻璃和有色光学玻璃，红外光学材料，光学晶体，光学石英玻璃，人造光学石英晶体，微晶玻璃，光学塑料，光学纤维，航空有机玻璃，乳白漫射玻璃以及有关液体材料等。其中光学玻璃在成像元件中使用得最多。塑料透镜的质量在很多地方可以达到玻璃透镜的质量要求，特别是在眼镜行业，大有取而代之的趋势，但是由于它受到折射率低、散射高、不均匀性以及其它方面的使用限制，所以使它的使用范围不如光学玻璃广泛。

　　为了降低成本、增强竞争力，全球的光电相关产业纷纷向中国大陆进行转移。从20世纪90年代开始，日本、台湾等十几个光学加工厂纷纷到中国大陆办厂。中国东南沿海地区已逐渐形成了实力雄厚的世界光电产品生产基地，也由此促进了国内光学玻璃行业的发展。

　　目前我国光学材料的开发水平与发达国家相比还存在着一定的差距，特别是与日本和德国等国际知名光学材料生产厂家相比，无论是从光学玻璃品种还是生产工艺及设备等方面都存在着明显的差距。目前我国光学材料行业仍以生产传统的光学玻璃为主，一些新型材料需从国外进口，不能完全满足我国高科技发展的需要，急需要进行技术研究和技术创新工作。开发新型的光学材料，研究先进的制造工艺和测试技术，只要这样才能尽快形成我国产业化规模生产。

　　镧系光学玻璃

　　光学材料中的稀土光学玻璃，也称为镧系光学玻璃，在其组分中含有较多的稀土氧化镧(La2O3)，具有高折射率低色散的特性。其特点是能有效地扩大镜头的视场，改善仪器的成像质量，使镜头小型化、轻量化，是目前在数码摄相机、数码照相机、扫描仪、LCD投影仪、数码复印机、CD2ROM和DVD2ROM读取镜头中广泛应用的高端光学电子信息材料，近期又被用于可拍照手机的光学系统，其发展前景相当可观。它随着光电信息产业的迅猛发展，已逐渐成为光学材料的主导产品。

　　我国镧系光学玻璃的生产到20世纪末一直处于工艺技术落后、设备陈旧、产量小、品种少、质量低、成本高的状况；该玻璃在高温熔制过程中粘度小、易析晶、成型困难，光学常数波动大，色散差，气泡与条纹不易消除，并对熔制用的陶瓷坩埚腐蚀严重。因此使用传统生产设备和工艺无法解决产量低、质量差、成本高等问题。高端光学产品所需的光学玻璃和光学原器件基本上需从国外进口。为了加快发展我国的光电信息产业和稀土工业，成都光明光电信息材料有限公司将镧系光学玻璃的产业化工程作为重点攻关项目投入了很大的资金和研发力量，解决了高质量镧系光学玻璃的产业化生产难题，并能够生产过去许多难以制造的高难度镧玻璃品种及环保系列镧玻璃。

　　环保系列光学玻璃

　　随着人类对生存环境保护意识的日趋加强，发达国家陆续颁布实施了环保法。如果禁止在玻璃中使用对人体有害的氧化铅和氧化砷，则要求在光学仪器及光电产品中必须使用环保化光学玻璃。为达到这一规定，世界上生产光学玻璃的主要厂家，已经开发出了多种系列的环保光学玻璃。所以光学玻璃环保化已是世界光学材料行业发展的必然趋势。

　　从化学稳定性、高折射率高色散和价格等方面考虑，在普通光学玻璃中需加入PbO；从改善气氛条件、澄清除泡等方面考虑，在普通光学玻璃中需加入As2O3。大部分光学玻璃都含有这两种成分。由于光学玻璃的折射率和色散在组成中是由各氧化物的比例决定的，为取代PbO和As2O3，必须用具有性质相似的氧化物替代。PbO可以由TiO2和Nb2O5取代，As2O3可以由Sb2O3取代。对于铅含量较高的火石(F)和重火石(ZF)类玻璃来说，需要用较多的氧化钛(TiO2)替代。

嘉腾LED玻璃透镜模组优势
1.散热快,产品更耐用
2.配光优,照明效果更佳
3.光衰少,延长使用寿命
4.外观美,产品设计独特
5.组件好,品质更优
6.品质更优,寿命10年以上
玻璃透镜优势
玻璃透镜连板设计，突破了传统的模组采用的PC连板透镜，带来一种全新的体验，有效地克服了PC透镜的不良问题：
1、抗腐蚀能力：高硼硅3.4玻璃属于硼硅酸盐玻璃中的硼硅玻璃，耐酸耐碱，抗腐蚀性能优越。
2、耐温性强：相比PC透镜，其热膨胀系数较低，拥有良好的热稳定性，光学表面温度的变化小，保留原有的光学照明效果。
3、透光率高：常规PC透镜透光率在85%左右，造成光照的浪费，玻璃透镜透光率为90-93%，镀加增透膜后可高达97%。
4、相比于PC透镜，玻璃透镜不会产生老化/黄化现象，从而影响透镜透光率。
5、相比于PC透镜，玻璃透镜不会吸附灰尘，并且方便清洗。
隧道照明配光
发光角度120°×80°、150°×80°（对称）等多种配光角度，合理的照度均匀度和防眩光等级等
设计有效的改善隧道内路面的墙壁照明状况，改善隧道内视觉享受，减轻驾驶员驾驶疲劳。

道路配光
有TYPE2-M、TYPE3-M等多种配光角度，其配光在路面形成照度均匀的类矩形光斑，
可以适用于双向八车道、六车道、四车道、二车道、一车道道路情况。
高杆灯配光
应用于大型广场、主干道交叉路口、码头、车站和体育场等场所中，悬挂高度较高，照明范围比较
广泛而且均匀，能够带来较好的照明效果，满足大面积场所的照明需求。
工矿灯配光
发光角度25°/45°/60°/90°/120°，主要应用于大楼外墙、桥梁、公园、广告招牌、球场广场、
工厂车间照明。

与蜂蜜的粘度非常相似，玻璃在约1400-1600℃的温度下加热时呈液态。与水不同，玻璃没有熔点或凝固点，只是当温度升高时，刚硬固体与液体质量的差异。这种“可变粘度”使玻璃变得特别，并且理解玻璃是如何制成实用的物品。仅砂就足以制造玻璃，但熔化它所需的温度会高得多。因此，添加苏打作为改性剂。添加石灰石使玻璃更耐用。
  
  玻璃由手工采集，吹制和整理颈部，直到1850年才实施了自动化流程，取代了旧的更耗时的方法。然而，有些地方仍然使用旧工艺制作玻璃，使其更富有，更有价值。制造过程始于将原料自动混合（砂，二氧化硅，石灰石，纯碱和用于着色的化学品）送入炉中，在炉中进行过热和熔融。然后将这种熔融玻璃或“料滴”倒入设计用于两种方法的不同机器中。
  
  将加热的液体玻璃倒入称为型坯或坯料的模具中。吹入空白模具底部的一股空气推动液体玻璃形成颈部。然后通过已形成的颈部施加二次空气冲击，将液体推入型坯模具的壁中。然后将该模具转移到模具中，在该模具中再加热玻璃以能够获得的模具形状，这种成型通常使用压缩空气或真空的组合来完成。

嘉腾LED玻璃透镜模组优势
1.散热快,产品更耐用
2.配光优,照明效果更佳
3.光衰少,延长使用寿命
4.外观美,产品设计独特
5.组件好,品质更优
6.品质更优,寿命10年以上
玻璃透镜优势
玻璃透镜连板设计，突破了传统的模组采用的PC连板透镜，带来一种全新的体验，有效地克服了PC透镜的不良问题：
1、抗腐蚀能力：高硼硅3.4玻璃属于硼硅酸盐玻璃中的硼硅玻璃，耐酸耐碱，抗腐蚀性能优越。
2、耐温性强：相比PC透镜，其热膨胀系数较低，拥有良好的热稳定性，光学表面温度的变化小，保留原有的光学照明效果。
3、透光率高：常规PC透镜透光率在85%左右，造成光照的浪费，玻璃透镜透光率为90-93%，镀加增透膜后可高达97%。
4、相比于PC透镜，玻璃透镜不会产生老化/黄化现象，从而影响透镜透光率。
5、相比于PC透镜，玻璃透镜不会吸附灰尘，并且方便清洗。
隧道照明配光
发光角度120°×80°、150°×80°（对称）等多种配光角度，合理的照度均匀度和防眩光等级等
设计有效的改善隧道内路面的墙壁照明状况，改善隧道内视觉享受，减轻驾驶员驾驶疲劳。

道路配光
有TYPE2-M、TYPE3-M等多种配光角度，其配光在路面形成照度均匀的类矩形光斑，
可以适用于双向八车道、六车道、四车道、二车道、一车道道路情况。
高杆灯配光
应用于大型广场、主干道交叉路口、码头、车站和体育场等场所中，悬挂高度较高，照明范围比较
广泛而且均匀，能够带来较好的照明效果，满足大面积场所的照明需求。
工矿灯配光
发光角度25°/45°/60°/90°/120°，主要应用于大楼外墙、桥梁、公园、广告招牌、球场广场、
工厂车间照明。