LED一次光学设计演示教学
LED灯显示课程设计
LED灯显示课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解LED灯的基本工作原理，掌握LED灯电路的组成和功能。
2. 学生能够解释LED灯的不同颜色与电路参数之间的关系。
3. 学生能够列举出LED灯在生活中的应用，并了解其节能环保的优点。
技能目标：1. 学生能够正确使用实验仪器，进行LED灯电路的搭建和测试。
2. 学生通过动手实践，掌握基本的电路连接和调试技巧。
3. 学生能够运用所学知识，设计并制作简单的LED灯显示装置。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对物理学科的兴趣，激发学习科学技术的热情。
2. 学生在团队合作中，学会互相尊重、沟通协作，培养团队精神。
3. 学生通过学习LED灯的节能环保特性，增强环保意识，培养社会责任感。
分析课程性质、学生特点和教学要求：1. 课程性质：本课程为物理学科的实践课程，结合理论知识，培养学生的动手能力和创新能力。
2. 学生特点：六年级学生具备一定的物理知识基础，好奇心强，喜欢动手操作，但注意力容易分散。
3. 教学要求：注重理论与实践相结合，提高学生的实践操作能力，培养科学思维和创新能力。
二、教学内容1. 理论知识：- 介绍LED灯的发展历程、基本结构及其工作原理。
- 讲解LED灯的电路组成，包括电源、限流电阻、LED灯等。
- 分析LED灯颜色与波长、亮度与电流的关系。
2. 实践操作：- 指导学生搭建简单的LED灯电路，进行电路连接和测试。
- 引导学生通过改变电路参数，观察LED灯亮度、颜色的变化。
- 组织学生设计并制作LED灯显示装置，如流动灯、闪烁灯等。
3. 教学大纲：- 第一课时：LED灯的基本原理与电路组成- 第二课时：LED灯的颜色与亮度关系- 第三课时：实践操作——搭建和测试LED灯电路- 第四课时：设计制作LED灯显示装置4. 教材章节：- 第六章《光现象》：第三节“光源及其应用”5. 教学内容安排与进度：- 第一周：学习LED灯的基本原理与电路组成，进行课堂讲解和讨论。
LED封装的一次光学系统优化设计
万方数据《半导体光电））２００８年１０月第２９卷第５期张鉴等：ＬＥＤ封装的一次光学系统优化设计的结构进行非序列光线追迹，来模拟得到不同封装参数条件下的光能接收面的光亮度分布。
最后，本文还将对模拟的结果做较为详细的对比分析，得到该一次光学系统的一组优化结果。
２ＬＥＤ环氧封装的一次光学系统设计２．１ＬＥＤ发光芯片的实体简化建模光源的实体模型又称为光源几何造型，它是光源大小、形状、位置、方向、材料的综合表示，还反映光源的反射、折射、吸收等相关特性。
ＬＥＤ内部的发光芯片是ＬＥＤ一次光学系统的光源，因此ＬＥＤ发光芯片的模型是ＬＥＤ整体光学建模的基础。
通常，ＬＥＤ芯片内部包括限制层、有源层、基底、电极等几个部分。
从有源层出射的光子是随机的，即光子在空间各个方向都有可能出射。
光子离开ＬＥＤ芯片表面时的出射点在芯片表面上随机分布，且在芯片６个面均有不同程度出射。
但芯片外围的反光碗会改变从ＬＥＤ芯片边缘出射的光子路径，同时芯片底部的电极也会吸收部分光子，因而我们用一个立方体来表示ＬＥＤ芯片，该立方体的上表面为主要发光源。
由于芯片的厚度相对于主要发光面非常小，芯片侧面的发光可以忽略不计。
发光点在主要发光面上随机分布，也就是将六个面的发光特性集中定义在其一个面上，而这个面也同时向反射碗底出射光子。
这样可提高光线追迹效率，并保证足够的准确度。
定义该发光面出射的光线角度分布ｊ（口）符合朗伯余弦定律：Ｊ（口）＝ｊｏＣＯＳ０（１）式中，日为该方向与平面法向的夹角，Ｊ。
为法向光强。
该面的发光特性如图１所示。
甥謦图１发光面光线分布示意图２．２反光碗的模型设计由于ＬＥＤ发光芯片已构成标准的体光源，反射碗的面积相对来说非常小，因此本文采用目前通用的分段直线反光碗模型。
反光碗的材料应有较高的反射率，将由其对应的反射和漫射指数，以及它作为高斯散射体的参数盯值来定义。
ＬＥＤ封装的一次光学系统设计还必须确定反光碗的大小和位置参数，我们用底部直径、顶部直径、外径、台基厚度和碗深来表示其形状和大小，如图２所示。
矩形光场LED一次透镜光学设计
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光学LED-运用LightTools设计背光显示
运用LightTools设计背光显示2003年6月第一节背光设计简介本节介绍了如何运用LightTools来定义基本的背光。
本文供LightTools的初学用户使用，所以运用了很多相关的简单的例子并且包括产品的基本特性。
LightTools的高级用户可以跳过前半部分，直接到41页“高级背光设计”。
本节主要内容如下：·先决条件·什么是背光·普通光线输出技术·运用LightTools的计算机辅助设计·设置模拟·分析照明数据·更多照明数据导出先决条件要完成第一节中的练习，你首先得正确安装：·LightTools3.3版（或更高版本）。
·LightTools的系统（.lts）和库（.ent）文件确定可用，从光学研究协会网址上下载。
下载这些文件，首先在你的浏览器中输入：/LTFiles。
在“Designing Backlight Displays in LightTools”的栏目下点击BacklightFiles.zip。
把文件保存到硬盘然后把压缩文件解压到一个目录下（比如：C:\LTUser）。
什么是背光背光是指用于电子元件中的有一个要求背后出光的平面，其中可以包括小到PDA大到电视屏的电子设备。
典型的背光包括光源，导光板或者是所谓的light pipe。
光源一般置于导光板的一侧，以减小导光板的厚度。
侧光一般使用总的内反射来沿着演示器的长度方向来传播光，下边图表中所示就是典型的背光设计。
主要的要求就是均衡的光通过LCD的表面，而且光通量足够高，以便和日光环境有很好的对比度（这样你就可以在一台小型电脑或者掌上电子元件上边看见显示，比如，在室光条件下）。
如图2，设计的challenge就是使输出光方向于光传播方向，LCD平面刚刚好在导光板上方。
普通光输出技术从导光板以垂直于光传播方向输出光有好几种技术手段。
最普通的就是Printed light extraction和molded light extraction。
光学LED-运用LightTools设计背光显示
运用LightTools设计背光显示2003年6月第一节背光设计简介本节介绍了如何运用LightTools来定义基本的背光。
本文供LightTools的初学用户使用，所以运用了很多相关的简单的例子并且包括产品的基本特性。
LightTools的高级用户可以跳过前半部分，直接到41页“高级背光设计”。
本节主要内容如下：·先决条件·什么是背光·普通光线输出技术·运用LightTools的计算机辅助设计·设置模拟·分析照明数据·更多照明数据导出先决条件要完成第一节中的练习，你首先得正确安装：·LightTools3.3版（或更高版本）。
·LightTools的系统（.lts）和库（.ent）文件确定可用，从光学研究协会网址上下载。
下载这些文件，首先在你的浏览器中输入：/LTFiles。
在“Designing Backlight Displays in LightTools”的栏目下点击BacklightFiles.zip。
把文件保存到硬盘然后把压缩文件解压到一个目录下（比如：C:\LTUser）。
什么是背光背光是指用于电子元件中的有一个要求背后出光的平面，其中可以包括小到PDA大到电视屏的电子设备。
典型的背光包括光源，导光板或者是所谓的light pipe。
光源一般置于导光板的一侧，以减小导光板的厚度。
侧光一般使用总的内反射来沿着演示器的长度方向来传播光，下边图表中所示就是典型的背光设计。
主要的要求就是均衡的光通过LCD的表面，而且光通量足够高，以便和日光环境有很好的对比度（这样你就可以在一台小型电脑或者掌上电子元件上边看见显示，比如，在室光条件下）。
如图2，设计的challenge就是使输出光方向于光传播方向，LCD平面刚刚好在导光板上方。
普通光输出技术从导光板以垂直于光传播方向输出光有好几种技术手段。
最普通的就是Printed light extraction和molded light extraction。
LED一次光学设计
2、使用ITO芯片，ITO（氧化铟锡）
ITO是一种透明的几型半导体薄膜 1） Eg:3.5~4.3eV 2）良好的导电性 ρ=1.10×10-3Ω.cm 3）可见光区透过率高 80% 4）化学稳定性和热稳定性良好 可使电极部分的光不被完全遮档。
LED的一次光学设计
（3）透明衬底技术
通常LED的衬底用GaAs材料，但GaAs是一种吸光材料，LED 发出的光会被它吸收，降低出光效率。为此，在外延成PN结后， 用腐蚀的方法GaAs衬底去除，然后在高温条件下将能透光的GaP 粘贴上去做衬底，使PN结射出光通过金属底板反射出去，提高 出光效率。
光学设计结构图
LED光学设计基本元件 透镜 非球面反射镜 一次光学设计 抛物面 椭球面 折光板 曲形折光板 梯形折光板 柱形折光板 柱球形折光板 双曲面
芯片
模粒
支架
折射式
反射式
折反射式
背向反射式 正向反射式
LED的一次光学设计
• 引脚式LED的一次光学设计
模粒材料的种类
LED透镜的应用分类
LED透镜规格分类
LED的一次光学设计
（3）PC透镜 a. 光学级料Polycarbonate（简称PC）聚碳酸酯。 b. 塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑、挤塑完 成）；透光率稍低（3mm厚度时穿透率 89% 左右）；缺点：温度不 能超过110°（热变形温度135度）。 （4）玻璃透镜 光学玻璃材料，优点：具有透光率高（97%）、耐温高等特点； 缺点：体积大质量重、形状单一、易碎、批量生产不易实现、生 产效率低、成本高等。不过目前此类生产设备的价格高昂，短期 内很难普及。此外玻璃较 PMMA 、PC料易碎的缺点，还需要更多的 研究与探索，以现在可以实现的改良工艺来说，只能通过镀膜或 钢化处理来提升玻璃的不易碎特性。
led制作的课程设计
led制作的课程设计一、教学目标本课程的学习目标包括以下三个方面：1.知识目标：学生需要掌握LED的基本原理、结构和工作原理；了解LED的应用领域和选型方法；掌握LED驱动电路的设计和调试方法。
2.技能目标：学生能够独立完成LED的基本电路设计、焊接和调试；具备分析和解决LED电路中常见问题的能力。
3.情感态度价值观目标：培养学生对科技创新的兴趣和好奇心，增强学生的实践能力和团队合作意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.LED的基本原理和结构：介绍LED的发展历程、工作原理和主要参数。
2.LED的应用领域和选型方法：分析LED在生活中的应用实例，讲解如何根据实际需求选择合适的LED。
3.LED驱动电路的设计和调试：学习LED驱动电路的基本原理，掌握电路设计方法和调试技巧。
4.LED电路常见问题分析：分析LED电路中常见的问题，学会解决方法。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用以下几种教学方法：1.讲授法：讲解LED的基本原理、结构和驱动电路设计方法。
2.讨论法：引导学生讨论LED应用领域和选型方法，培养学生的思考能力。
3.实验法：让学生动手实践，完成LED电路的设计、焊接和调试，提高学生的实践能力。
4.案例分析法：分析LED电路中的实际问题，让学生学会解决问题。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的LED制作教材，为学生提供系统、全面的学习资料。
2.参考书：提供相关的LED技术资料，丰富学生的知识储备。
3.多媒体资料：制作PPT、视频等多媒体资料，生动、形象地展示教学内容。
4.实验设备：准备实验所需的设备、工具和材料，确保学生能够顺利进行实践操作。
五、教学评估本课程的评估方式包括以下几个方面：1.平时表现：评估学生在课堂上的参与度、提问回答情况、团队合作表现等。
2.作业：评估学生完成的LED电路设计、实验报告等作业的质量。
光电显示led照明课程设计
光电显示led照明 课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解光电显示LED照明的原理，掌握其基本组成部分及功能。
2. 学生能掌握LED照明的优缺点，并了解其在生活中的应用。
3. 学生能了解光电显示LED照明技术的发展趋势及其对节能减排的影响。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，分析并解决与LED照明相关的问题。
2. 学生能设计简单的LED照明电路，提高动手实践能力。
3. 学生能通过查阅资料，了解LED照明的最新研究成果，提高信息搜集与处理能力。
情感态度价值观目标：1. 学生对光电显示LED照明产生兴趣，培养科学探究精神。
2. 学生认识到LED照明技术在节能减排中的重要性，提高环保意识。
3. 学生通过合作学习，培养团队协作精神，增强沟通与表达能力。
课程性质：本课程为选修课程，旨在拓展学生的知识视野，提高学生的实践能力和创新能力。
学生特点：学生具备一定的物理基础知识，对新技术、新产品具有较强的兴趣。
教学要求：注重理论与实践相结合，以学生为主体，激发学生的学习兴趣和主动性，培养学生的创新思维和实践能力。
通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际生活，为我国LED照明产业的发展贡献自己的力量。
二、教学内容1. 光电显示LED照明原理- 光电效应与LED发光原理- LED芯片的结构与制作过程- 光电转换效率及其影响因素2. LED照明的优缺点及生活应用- LED照明的优点与局限性- LED照明在室内外照明、显示屏等领域的应用案例- 比较LED照明与传统照明的区别3. LED照明技术的发展趋势与节能减排- LED照明技术的最新研究成果和发展动态- LED照明在节能减排中的作用及贡献- 我国LED照明产业政策及发展规划4. LED照明电路设计与实践- 电路设计基础知识- LED照明电路的设计原理与步骤- 动手实践：设计简单的LED照明电路5. 合作学习与交流分享- 分组讨论：LED照明技术的优缺点及发展趋势- 撰写调研报告：LED照明在生活中的应用- 课堂展示与交流分享教学内容安排与进度：1. 第1-2周：光电显示LED照明原理2. 第3-4周：LED照明的优缺点及生活应用3. 第5-6周：LED照明技术的发展趋势与节能减排4. 第7-8周：LED照明电路设计与实践5. 第9-10周：合作学习与交流分享教材章节关联：1. 光电显示LED照明原理：教材第3章2. LED照明的优缺点及生活应用：教材第4章3. LED照明技术的发展趋势与节能减排：教材第5章4. LED照明电路设计与实践：教材第6章5. 合作学习与交流分享：教材附录及拓展阅读材料三、教学方法1. 讲授法：- 对于光电显示LED照明的原理、优缺点、发展趋势等理论性较强的内容，采用讲授法进行教学，使学生在短时间内掌握基础知识。
LED的光学设计知识以及应用
LED照明光学系统具体分析
反射杯的光学分析： 我们常见的反射杯有两种，如下图所示：
平面型
曲面型
反射杯的形状和开口大小直接影响到整个系统的出光角度即光强分布曲线。 我们通过光线的反射定律很容易就能判断出一个光源经过反射杯后大概的出 光情况。我们举几个例子看一下，下面几个图是同一光源的相同的三条光线 经过不同反射杯后的出光情况。
背光源光学系统的具体分析
（2）如果导光板为一楔行板，且不做任何处理，假设有三条光线由导光板 内射出，在分界面上红色和绿色光线的入射角都小于Im，而蓝色光线入射角 大于Im，那么根据反射定律和折射定律我们就可以得到这三条光线传播路 径，如下图所示，红，绿光线都可以直接折射出导光板，而蓝色光线经过几 次反射后最终也可以射出。
LED照明光学设计案例（1）
用我们前面模拟的光源，再加一个反射杯做一个实际应用的模拟。我们的要求是LED光 源在加上反射杯后能在一米远处呈现一个比较均匀的光斑，光斑的直径在150mm左 右。 我们先看一下模拟结果
LED照明光学设计案例（2）
从上面模拟出的数据可以看出，最后的结果基本符合要求，但还存在 问题： （1）光源发出30000条光线，但在接受屏上只有11799条光线，这 说明还有很多光线并没有到接受屏上； 解决方法：我们希望尽可能多的把光线集中到接受屏上，那就要使整 个系统的发光角度变小。右下角是光强分布图，我们要做的就是把半 值角再减小，光线更集中。 具体方法： （1）改变光源的位置 （2）更换光源 （3）更换反射杯 （4）增加透镜
光学设计基础知识
－主要针对LED封装、LED照明以及背光源
CHOUCHOUYU 2008.4.28
光学设计理论知识
光具有波动性和粒子性，但在应用光学的范围内，光是作 为波动来讲的，它具有波动的一切特性，比如波长、频 率、以及传播速度等。(光波的传播速度ν=c/n) 在后面的讨论中，我们常用“光线”一词，这是一个几何概 念，只是指出光波向空间传播的方向而已。一些光线的集 合就称为光束。 光线的基本性质即几何光学的基本定理：
led光学课程设计
led光学课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解LED的基本结构、工作原理及其在光学领域的应用。
2. 掌握LED的光学特性，如亮度、色温、色坐标等概念。
3. 掌握LED的光谱分布及其对环境的影响。
技能目标：1. 能够运用所学知识分析LED光学性能，评估其在不同应用场景的适用性。
2. 能够通过实验操作，测试LED的光学参数，并优化LED照明系统。
3. 能够运用创新思维，设计简单实用的LED光学应用方案。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对LED光学技术的兴趣，激发他们探索光学领域的热情。
2. 增强学生的环保意识，认识到LED技术在节能减排方面的优势。
3. 培养学生的团队协作精神，使他们能够在项目实践中相互支持、共同成长。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程将目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。
课程旨在帮助学生建立扎实的LED光学知识体系，提高他们的实践操作能力，培养创新意识和环保理念，为我国LED光学领域的发展储备人才。
二、教学内容1. LED基础知识：介绍LED的起源、发展历程，以及LED的基本结构、工作原理。
教材章节：《LED技术与应用》第一章2. LED光学特性：讲解亮度、色温、色坐标等概念，分析LED光谱分布及其影响因素。
教材章节：《LED技术与应用》第二章3. LED应用案例：分析LED在照明、显示屏、汽车照明等领域的应用，探讨其优缺点。
教材章节：《LED技术与应用》第三章4. 实践操作：组织学生进行LED光学参数测试，优化照明系统，设计LED光学应用方案。
教材章节：《LED技术与应用》第四章5. 创新设计：引导学生运用所学知识，进行创新性设计，提升LED光学应用的效果。
教材章节：《LED技术与应用》第五章教学内容安排和进度：第一周：LED基础知识学习第二周：LED光学特性学习第三周：LED应用案例分析第四周：实践操作（含实验报告撰写）第五周：创新设计（含成果展示）教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，注重理论与实践相结合，培养学生的实际操作能力和创新思维。
led光学课程设计
led光学课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握LED光学的基本原理和应用，通过学习，学生应能：1.描述LED的基本结构和原理。
2.解释LED的光学特性及其影响因素。
3.分析LED的光效、色温和显色指数等关键参数。
4.设计和优化LED照明系统。
5.探讨LED在日常生活和工业中的应用和前景。
在技能目标方面，学生应：1.掌握使用相关仪器和软件进行LED光学性能测试和分析的能力。
2.能够进行基本的LED照明系统设计和优化。
在情感态度价值观目标方面，我们期望学生：1.认识LED技术在节能减排和可持续发展中的重要作用。
2.培养对LED技术的兴趣和好奇心，激发创新精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括LED的基本原理、光学特性、性能测试与分析、照明系统设计等。
具体安排如下：1.第四章：LED的基本原理和结构，包括LED的工作原理、类型和特性。
2.第五章：LED的光学特性，包括光效、色温和显色指数等。
3.第六章：LED性能测试与分析，包括测试方法和仪器。
4.第七章：LED照明系统设计，包括设计原则和实例。
三、教学方法为了提高教学效果，我们将采用多种教学方法，包括：1.讲授法：用于讲解基本原理和概念。
2.案例分析法：通过分析实际案例，让学生更好地理解LED照明的应用。
3.实验法：让学生亲自操作，进行LED性能测试和照明系统设计。
四、教学资源我们将提供丰富的教学资源，包括：1.教材：《LED光学基础》等相关书籍。
2.多媒体资料：PPT、视频、实验操作演示等。
3.实验设备：LED测试仪器、照明系统设计工具等。
通过以上教学资源，我们期望能够更好地支持教学内容的传授和学生能力的培养。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等。
平时表现主要评估学生的课堂参与度、提问和回答问题的积极性等。
作业包括练习题和实验报告，用以巩固学生对知识的理解和应用。
考试包括期中和期末考试，用以全面评估学生的学习成果。
评估方式客观、公正，能全面反映学生的学习成果。
LED的一次光学设计与二次光学设计
LED的一次光學設計與二次光學設計
大功率LED照明零組件在成為照明產品前，一般要進行兩次光學設計。
把LED IC封裝成LED光電零組件時，要先進行一次光學設計，以解決LED的出光角度、光強、光通量大小、光強分佈、色溫的範圍與分佈。
這就是所謂的一次光學設計。
二次光學設計是針對大功率LED照明來說：一般大功率LED都有一次透鏡，發光角度為120度左右。
二次光學就是將經過一次透鏡後的光再通過一個光學透鏡改變它的光學性能。
我們必須清醒的認識到，一次光學設計是二次光學設計的基礎。
只有一次光學設計封裝設計合理，能夠保證每個LED發光零組件的出光品質，才能在一次光學設計的基礎上進行二次光學設計，以保證整個發光系統的出光品質。
簡單地說，一次光學設計的目的是盡可能多的取出LED晶片中發出的光。
二次光學設計的目的則是讓整個燈具系統發出的光能滿足設計需求。
以下為LED光學設計的基本結構圖，僅供參考：。
led课程设计
led课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解LED的基本概念、工作原理及应用领域；2. 学生能掌握LED电路的组成、连接方式及其功能；3. 学生能了解LED产品的种类、性能参数及选购要点。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，正确组装和测试简单的LED电路；2. 学生能运用问题解决策略，分析LED电路故障并排除；3. 学生能运用创新思维，设计具有实际应用价值的LED产品。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习LED知识，培养对电子科技的兴趣和热情；2. 学生在小组合作中，学会沟通、协作，培养团队精神；3. 学生关注LED技术在节能减排、环保等方面的意义，提高社会责任感。
课程性质：本课程为电子技术学科，结合实际操作，注重理论与实践相结合。
学生特点：六年级学生对电子技术有一定的基础知识，对新事物充满好奇心，动手操作能力强。
教学要求：课程设计要注重引导学生主动探究，培养创新思维和实际操作能力，同时关注学生情感态度的培养。
通过具体的学习成果分解，使学生在课程结束后能独立完成LED电路的组装与测试，具备初步的电子技术应用能力。
二、教学内容1. LED基本概念：介绍LED的起源、发展历程、种类及其工作原理；教材章节：第一章第一节。
2. LED电路组成：讲解LED电路的基本组成部分，如电源、限流电阻、LED灯等；教材章节：第一章第二节。
3. LED连接方式：分析并实践串联、并联及混联等连接方式的特点及适用场合；教材章节：第一章第三节。
4. LED产品及应用：介绍LED产品在照明、显示屏、信号指示等领域的应用；教材章节：第二章。
5. LED性能参数及选购：学习LED的主要性能参数，如亮度、色温、寿命等，并了解选购要点；教材章节：第三章。
6. 实践操作：分组进行LED电路组装、测试及故障排查，培养学生的动手能力；教材章节：第四章。
7. 创新设计：鼓励学生运用所学知识，设计具有实际应用价值的LED产品；教材章节：第五章。
探索生活中的LED灯(教学设计)-五年级上册劳动浙教版
探索生活中的LED灯五年级上册劳动浙教版教学目标：1. 了解LED灯的基本原理和特点，掌握LED灯的使用和维护方法。
2. 培养学生的观察力、动手能力和创新能力，提高他们对科技产品的认识和应用能力。
3. 引导学生关注生活中的科技应用，培养他们的科技意识和科学思维。
教学内容：1. LED灯的基本原理和特点2. LED灯的使用和维护方法3. 生活中的LED灯应用案例教学重点与难点：重点：LED灯的基本原理、特点和使用方法难点：LED灯的电路连接和实际应用设计教具与学具准备：教具：LED灯、电路板、电池、导线、电阻等学具：每个学生准备一个LED灯、电路板、电池、导线、电阻等教学过程：一、导入（5分钟）1. 引导学生关注身边的LED灯，让学生举例说明LED灯的应用场景。
2. 教师展示一些常见的LED灯产品，如手电筒、广告牌等，引发学生对LED灯的兴趣。
二、LED灯的基本原理和特点（10分钟）1. 介绍LED灯的工作原理，解释LED灯如何将电能转化为光能。
2. 讲解LED灯的特点，如低功耗、长寿命、环保等。
三、LED灯的使用和维护方法（10分钟）1. 教授学生如何正确连接LED灯电路，包括正负极的辨别和连接方式。
2. 引导学生动手实践，自己组装一个简单的LED灯电路。
3. 讲解LED灯的维护方法，如避免过电流、防止碰撞等。
四、生活中的LED灯应用案例（10分钟）1. 展示一些生活中的LED灯应用案例，如LED灯广告牌、LED灯照明等。
2. 引导学生思考LED灯在生活中的作用和优势。
五、LED灯的创新应用（10分钟）1. 引导学生思考如何将LED灯应用到生活中，提出自己的创新想法。
2. 学生分组讨论，设计一个LED灯的创新应用方案。
2. 每组学生展示自己的LED灯创新应用方案，其他学生进行评价和讨论。
板书设计：1. LED灯的基本原理2. LED灯的特点3. LED灯的使用和维护方法4. 生活中的LED灯应用案例5. LED灯的创新应用作业设计：1. 制作一个简单的LED灯电路，观察其发光效果。
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光学设计结构图
LED光学设计基本元件
透镜
一次光学设计
抛物面
非球面反射镜 椭球面
透镜的光学分析：影响出光角度，一般说透镜角度大出光角度大，透镜角度小 出光角度小。 硅胶和透镜的形状：影响到封装后的光强分布曲线以及出光量的多少
软件模拟与实际对比
LED的一次光学设计
3、LED反射杯规格分类
（1）折射式
特点：
1、当LED光线经过透镜时光线会发生折射 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） ，经过光学设计的透镜光斑将会非常均匀 ，但由于透镜直径和透镜模式的限制， LED的光利用率不高及光斑边缘有比较明 显的黄边； 2、聚光面包含的立体角有限，约70%-80% 的白光从侧面泄露，发光效率低。 3、提高出光率方法：增加反光杯面积， 收集侧面光线。 4、聚光方法：增加透镜曲率。 5、一般应用在大角度（50°以上）的聚 光，如台灯、吧灯等室内照明灯具。
LED的一次光学设计
（3）PC透镜
a. 光学级料Polycarbonate（简称PC）聚碳酸酯。
b. 塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑、挤塑完 成）；透光率稍低（3mm厚度时穿透率89%左右）；缺点：温度不 能超过110°（热变形温度135度）。
（4）玻璃透镜
光学玻璃材料，优点：具有透光率高（97%）、耐温高等特点； 缺点：体积大质量重、形状单一、易碎、批量生产不易实现、生 产效率低、成本高等。不过目前此类生产设备的价格高昂，短期 内很难普及。此外玻璃较PMMA、PC料易碎的缺点，还需要更多的 研究与探索，以现在可以实现的改良工艺来说，只能通过镀膜或 钢化处理来提升玻璃的不易碎特性。
直接封装在LED芯片上。 b. 一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm。 （2）PMMA透镜 a. 光学级PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），俗称亚克力。 b .塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑、
挤塑完成）；透光率高（3mm厚度时穿透率93%左右）； 缺点：温度不能超过80°（热变形温度92度）。
c. 一次透镜一般用PMMA、PC、光学玻璃、硅胶等材料。
LED的一次光学设计
（2）二次透镜 a. 二次透镜与LED是两个独立的物体，但它们在应用时确密不可分。 b. 二次透镜的功能是将LED光源的发光角度再次汇聚光成5°至
160°之间的任意想要的角度，光场的分布主要可分为：圆形、椭圆 形、矩形。
目的：提高出光效率、并解决LED的出光角度、光强、 光通量大小、光强分布、色温的范围与分布。
LED的一次光学设计
2、二次光学设计
二次光学设计是针对LED照明器具进行优化设计，这是系 统层面的设计。其目的是对整个系统的出光效果、光强、 色温分布进行设计。LED光源二次光学配光设计，对大面积 投光和泛光照明配光需求尤为迫切。通过二次光学设计技 术，设计外加的反射杯与多重光学透镜及非球面出光表面， 可以提高器件的取光效率。
e、产品必须用防静电防尘PVC包装，并且须完全密封包装，存放必须 严格控制温度与湿度，并且最好不要存放超过一年以上。
LED的一次光学设计
透镜封装的光学系统具体分析
为了提升出射光的比例，透镜的外形或者环氧封装的外形最 好是拱形或半球形，这样，光线从封装材料射向空气时，几乎是 垂直射到界面，入射角都会小于临界角，因而减少产生全反射的 几率。如果对光强分布和出光角度有要求的话，那就要重新考虑， 不同的透镜形状和封装形状会得到不同的结果。
b、 必须配备万级甚至更高级别的无尘车间，作业人员必须着防静电 服装、戴手指套、戴口罩等防静电防尘措施，并且定期对车间做检验与清 理。
c、须有专业的光学注塑机如东芝、德马格、海天、震雄等品牌的注塑 机，并严格控制注塑工艺才能得到合格的产品。
d、产品检验：无气泡、无凹陷、无缩痕、无流纹、无月牙；形状精度 Rt<0.005 表面粗糙度 Ra<0.0002。
c. 二次透镜材料一般用光学级PMMA或者PC；在特殊情况下可选择 玻璃。
LED的一次光学设计
（3）透镜的选择及注意事项 a、 LED透镜作为光学级的产品，对透光性、热稳定性、密度、折射率
均匀性、折射率稳定性、吸水性、混浊度、最高长期工作温度等都有严格 的要求。因此，必须根据实际选择透镜的材料。原则上选择光学级PMMA， 如有特殊的需求可选择光学级PC。目前为日本三菱PMMA材料为最好 （VH001是经常选择的牌号），三菱公司在中国的分厂南通丽阳就会稍逊 一些；
LED的一次光学设计
• LED的一次光学设计与二次光学设计概述 • 引脚式LED的一次光学设计 • 提高芯片发光强度与出光效率的方式
LED的一次光学设计
• LED的一次光学设计与二次光学设计 概述
1、一次光学设计
把LED 芯片封装成LED光电组件时，要先进行一次光学 设计。故一次光学设计主要是针对芯片、支架、模粒这 三要素的设计。
双曲面
折光板
曲形折光板
梯形折光板
柱形折光板
柱球形折光板
芯片 折射式
模粒 反射式
支架 折反射式 背向反射式 正向反射式
LED的一次光学设计
• 引脚式LED的一次光学设计
模粒材料的种类 LED透镜的应用分类 LED透镜规格分类
LED的一次光学设计
1、模粒材料的种类
（1） 硅胶透镜 a. 因为硅胶耐温高（也可以过回流焊），因此常用
LED的一次光学设计
2、 LED透镜的应用分类
（1）成 为一个整体。
b. LED芯片（chip）理论上发光是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°范围也有少量余光），另外芯片还会有一些杂散光线， 这样通过一次透镜就可以有效汇聚chip的所有光线并可得到如 180°、160°、140°、120°、90°、60°等不同的出光角度， 但是不同的出光角度LED的出光效率有一定的差别（一般的规律是： 角度越大效率越高）。