二次配光透鏡鍍膜改變LED燈具色溫的方法研究

2013-09-21 08:01:12朱少鋒張英英

時代農機 2013年9期

朱少鋒，張宇，張英英

（陜西烽火集團烽火佰鴻公司，陜西西安 710075）

LED燈具主要是以發光二級管（簡稱LED）為光源，再加以特制的配光系統來滿足不燈光使用環境的要求；在燈光環境設計中，不僅對燈具的光通量、光型、強度、亮度有要求，根據不同的使用環境，對燈光顏色（即燈具色溫）也有需求，本文即討論在LED燈具色溫一定的情況下，通過在LED燈具出光路徑上，在二次配光透鏡上鍍一層膜來改變燈具的色溫。

1 原有LED燈具色溫

LED發光芯片的核心部分就是一個P-N結,即在一塊半導體的兩邊摻以不同的雜質,使一邊形成P型半導體,簡稱P區,另一邊形成N型半導體,簡稱N區,在兩種不同類型半導體的交界面處就會形成一個具有單向導電特性的P-N結"使用時,P-N結正向偏置,即P區一邊的電極接電源正極,N區一邊的電極接電源負極,在電源作用下,N區中的多數載流子)電子就會被推向P區,在P區里電子跟空穴復合,即電子從導帶躍遷到價帶,釋放的能量以光子的形式發出,這就是LED發光的原理"而光的波長也就是光的顏色,是由形成P一結的基底材料決定的；

在LED燈珠選定的情況下，LED燈具出光途徑一般為：LED燈芯發光——二次透鏡透光——玻璃出光，燈具的色溫由燈芯決定。

2 通過透鏡鍍膜改變LED色溫的原理

本方法是在LED燈具出光路徑途是：LED燈芯發光——二次透鏡濾光膜——二次透鏡透光——玻璃出光，通過在二次配光透鏡的內穴鍍制一層濾光膜；在出光時，通過濾光膜濾除一定波長的光線，來改變燈具的發光光譜，已達到改LED燈具色溫的目的。

濾光原理：通過二次配光透鏡的內曲面鍍膜，利用法布里——珀羅干涉儀的多光束干涉原理可以制作窄帶干涉濾光膜的方法，其作用是讓LED光源中某一窄帶光譜范圍的光波以盡可能高的透過率通過，而使其它光譜范圍的光波衰減，以得到需要的光譜特性,來改變燈具的色溫。也即通過改變透鏡的鍍膜材料與相關工藝過程，就可以得到不同的色溫效果。

干涉濾光膜原理可以用多光束干涉強度極大值條件來解釋：

當相干光束數目很大時，對于確定的n.d.i值，光源中只有嚴格滿足上述條件的波長成分才能基本無衰減地透過，微小偏離上述條件的波長成分將由于近似相消干涉而衰減，于是實現了窄帶濾波。當入射角i=0時，投射波長可表示為：

本方法主要鍍制全介質干涉濾光膜，它是在二次配光透鏡上鍍上一組高反射多層介質膜H和H’，組合在一起，并讓兩組膜系之間形成厚度為d的間隔層L。

3 二次配光透鏡全介質干涉濾光膜鍍制

（1）膜系結構設計。窄帶全介質干涉濾光片的典型膜系為G（HL）j（2H）（LH）j，其中（HL）j是多層高反射率膜堆，j為HL的重復周期，中間的2H為間隔層。這種膜系對控制波長λ0形同虛設，并且2H層兩側一一對應的2L層和2H層也可逐級看做虛設，所以，它們對控制波長有極大的透射率，而對其他波長則均低于此值。甚至透過率0。

3 實施例

LED燈芯色溫3100-3200K；

透鏡材料：PMMA；

鍍膜材料：ZnS和Na3AlF6；

在真空鍍膜機中采用高真空鍍膜技術、光學極值法檢測膜厚技術以二次配光透鏡為基片，硫化鋅（ZnS）為高折射率材料，冰晶石（Na3AlF6）為低折射率材料，鍍制膜系結構為HLH2LHLHL HLH2LHLH的全介質干涉濾光膜，已達到濾除450nm波長左右光線的目的；其中:H為高折射率材料ZnS，L為低折射率材料Na3AlF6。

鍍制過程：

（1）分別將硫化鋅（ZnS），冰晶石（Na3AlF6）放入膜料載體內；將清理干凈的二次配光透鏡固定到鍍膜機頂部鍍膜盤上，注意內曲面朝下。

（2）關閉真空室門，對鍍膜機內部進行抽真空。

（3）預熔膜料。

（4）鍍制，通過觀察準確地控制每一層介質膜的厚度是制備多層介質膜的關鍵。

一般膜層厚度的允許誤差的最好小于2%，本鍍膜機采用極值法進行膜厚度監控。

當膜厚的光學厚度為λ/4的整數倍時，薄膜的透射率或反射率出現極值，即薄膜的透射率與反射率隨膜厚呈周期性的變化。

如以下公式所示。