注射压缩成型LED透镜光学性能分析
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为了提高注射压缩成型 ＬＥＤ 透镜的光学性能，本
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注射压缩成型 ＬＥＤ透镜光学性能分析
Baidu Nhomakorabea
文采用与正交实验相结合的稳健设计方法［８１０］，在正交 试验的基础上进行信噪比分析，应用 Ｍｏｌｄｆｌｏｗ２０１５软 件的注射压 缩 功 能 模 块 进 行 仿 真，探 讨 透 镜 的 折 射 率 变化与其注 射 压 缩 成 型 工 艺 参 数 之 间 的 关 系，找 出 其 中关键的影 响 因 素 及 最 佳 成 型 工 艺 参 数 组 合，通 过 热 流道与冷流道注射压缩成型透镜的分析模拟与光学性 能测试分析，达到提高 ＬＥＤ透镜光学性能的目的。
１ 犔犈犇 透镜有限元模型
采 用 贝 塞 尔 曲 线 构 建 自 由 曲 面 ，通 过 光 学 设 计 建
立非球面 ＬＥＤ 透镜模 型，透 镜 最 大 的 直 径 和 高 度 分 别为３６ｍｍ 和 １８ ｍｍ，其 小 孔 的 高 度 ７ ｍｍ 及 内 径 ７ｍｍ，拔模角为３ （°）。注射压缩成型模具分流道板 和型芯及成型加工透镜的实物照片如图１所示。浇 口形 式 采 用 侧 浇 口，其 截 面 的 宽 度 ５ ｍｍ 及 高 度 １ｍｍ，分流道截面的宽度４ｍｍ 及高度５ｍｍ。采用 实 体 网 格 类 型 对 透 镜 进 行 三 维 网 格 划 分 ，得 到 的 四 面
０ 前言
ＬＥＤ透镜作为二次配光器件可以改善照明效果，广泛
收稿日期：２０１７１２１１ 广东省自然科学基金项目（２０１６Ａ０３０３１３００４） 联系人，ｙｘｄｕ６６＠１２６．ｃｏｍ
应用于景观、道路、家庭等的照明场合［１３］。通过注射压缩成 型加工的ＬＥＤ透镜，其内部残余应力和翘曲变形显著降低， 型腔熔体压力分布均匀使得透镜的面形精度及透光率提高 和折射率改善，低压注射成型使得加工过程能耗降低［４５］。 因此相对于传统的注射成型而言，注射压缩成型的 ＬＥＤ 透 镜不论是成型精度还是光学精度都有十分优异的表现［６７］。
犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＡ３Ｂ２Ｃ２Ｄ２Ｅ２Ｆ３Ｇ１ｆｏｒｔｈｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇｏｆＬＥＤｌｅｎｓ ｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｕｓｉｎｇａｎｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｍａｔｒｉｘｏｆＬ１８（３７），ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｌｅｎｓｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔ ｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｉｏｒｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｌｅｎｓｉｓｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｔｏｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｏｐｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｎｄｅｒｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｈｉｇｈｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｐｅｅｄａｎｄ ｌｏｗｉｎｊｅｃｔｉｏｎｒａｔｅ．Ｔｈｅｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｍｏｌｄｅｄｌｅｎｓｗｉｔｈｈｏｔｒｕｎｎｅｒｗａｓｌｏｗｅｒｔｈａｎ ｔｈａｔｗｉｔｈｃｏｌｄｒｕｎｎｅｒ．Ｔｈｅｌｉｇｈｔｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅａｎｄ ｍａｘｉｍｕｍｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈｃｏｌｄ ｒｕｎｎｅｒｗｅｒｅ９３．１ ％ ａｎｄ５９０．３ｃｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｂｕｔｂｏｔｈｏｆｔｈｅｍ ｗｉｔｈｈｏｔｒｕｎｎｅｒｗｅｒｅ４．４ ％ ａｎｄ ７５ｃｄｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｗｉｔｈｃｏｌｄｒｕｎｎｅｒ．ＴｈｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇｆｏｒＬＥＤｌｅｎｓｗｉｔｈｈｏｔ ｒｕｎｎｅｒｗａｓｓｕｐｅｒｉｏｒｔｏｔｈａｔｗｉｔｈｃｏｌｄｒｕｎｎｅｒｉｎｔｈｅａｓｐｅｃｔｏｆｏｐｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇ；ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅｓ；ｌｅｎｓ；ｏｐｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｃｏｌｄ／ ｈｏｔｒｕｎｎｅｒ
第３２卷 第５期 ２０１８年５月
中 国 塑 料
犆犎犐犖犃犘犔犃犛犜犐犆犛
Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．５ Ｍａｙ，２０１８
注射压缩成型 犔犈犇 透镜光学性能分析
杜遥雪１，史 智１，周 阳１，殷小春２
（１．五邑大学机电工程学院，广东 江门 ５２９０２０； ２．华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心，广州 ５１０６４０）
犃狀犪犾狔狊犻狊狅犳犗狆狋犻犮犪犾犘犲狉犳狅狉犿犪狀犮犲犳狅狉犐狀犼犲犮狋犻狅狀犮狅犿狆狉犲狊狊犻狅狀犿狅犾犱犲犱犔犈犇犔犲狀狊
ＤＵ Ｙａｏｘｕｅ１，ＳＨＩＺｈｉ１，ＺＨＯＵ Ｙａｎｇ１，ＹＩＮ Ｘｉａｏｃｈｕｎ２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｙｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｎｇｍｅｎ５２９０２０，Ｃｈｉｎａ； ２．ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＮｏｖｅｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒＰｏｌｙｍｅｒＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ）
摘 要：针对注射压缩成型的发光二极管（ＬＥＤ）透镜，采用 Ｌ１８（３７）正交实验矩阵及模拟优化获得 Ａ３Ｂ２Ｃ２Ｄ２Ｅ２Ｆ３Ｇ１ 最佳成型工艺参数组合，并对透镜进行了光学性能测试。结果表明，工艺参数中的压缩速度增大和注射速率降低，透镜 的内部残余应力和折射率变化减小而光学性能提高；采用热流道注射压缩成型的透镜与冷流道的相比，折射率变化降 低，冷流道透镜的透光率和最大光强为９３．１ ％和５９０．３ｃｄ，热流道透镜的的透光率和最大光强为９７．５ ％和６６５．３ｃｄ， 热流道透镜的透光率和光强分别比冷流道的提高４．４％和７５ｃｄ，热流道注射压缩成型加工的 ＬＥＤ透镜在光学性能方 面比冷流道的优越。 关 键 词：注射压缩成型；发光二极管；透镜；光学性能；冷／热流道 中图分类号：ＴＱ３２０．６６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１９２７８（２０１８）０５０１０３０６ 犇犗犐：１０．１９４９１／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１９２７８．２０１８．０５．０１６
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注射压缩成型 ＬＥＤ透镜光学性能分析
Baidu Nhomakorabea
文采用与正交实验相结合的稳健设计方法［８１０］，在正交 试验的基础上进行信噪比分析，应用 Ｍｏｌｄｆｌｏｗ２０１５软 件的注射压 缩 功 能 模 块 进 行 仿 真，探 讨 透 镜 的 折 射 率 变化与其注 射 压 缩 成 型 工 艺 参 数 之 间 的 关 系，找 出 其 中关键的影 响 因 素 及 最 佳 成 型 工 艺 参 数 组 合，通 过 热 流道与冷流道注射压缩成型透镜的分析模拟与光学性 能测试分析，达到提高 ＬＥＤ透镜光学性能的目的。
１ 犔犈犇 透镜有限元模型
采 用 贝 塞 尔 曲 线 构 建 自 由 曲 面 ，通 过 光 学 设 计 建
立非球面 ＬＥＤ 透镜模 型，透 镜 最 大 的 直 径 和 高 度 分 别为３６ｍｍ 和 １８ ｍｍ，其 小 孔 的 高 度 ７ ｍｍ 及 内 径 ７ｍｍ，拔模角为３ （°）。注射压缩成型模具分流道板 和型芯及成型加工透镜的实物照片如图１所示。浇 口形 式 采 用 侧 浇 口，其 截 面 的 宽 度 ５ ｍｍ 及 高 度 １ｍｍ，分流道截面的宽度４ｍｍ 及高度５ｍｍ。采用 实 体 网 格 类 型 对 透 镜 进 行 三 维 网 格 划 分 ，得 到 的 四 面
０ 前言
ＬＥＤ透镜作为二次配光器件可以改善照明效果，广泛
收稿日期：２０１７１２１１ 广东省自然科学基金项目（２０１６Ａ０３０３１３００４） 联系人，ｙｘｄｕ６６＠１２６．ｃｏｍ
应用于景观、道路、家庭等的照明场合［１３］。通过注射压缩成 型加工的ＬＥＤ透镜，其内部残余应力和翘曲变形显著降低， 型腔熔体压力分布均匀使得透镜的面形精度及透光率提高 和折射率改善，低压注射成型使得加工过程能耗降低［４５］。 因此相对于传统的注射成型而言，注射压缩成型的 ＬＥＤ 透 镜不论是成型精度还是光学精度都有十分优异的表现［６７］。
犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＡ３Ｂ２Ｃ２Ｄ２Ｅ２Ｆ３Ｇ１ｆｏｒｔｈｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇｏｆＬＥＤｌｅｎｓ ｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｕｓｉｎｇａｎｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｍａｔｒｉｘｏｆＬ１８（３７），ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｌｅｎｓｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔ ｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｉｏｒｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｌｅｎｓｉｓｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｔｏｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｏｐｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｎｄｅｒｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｈｉｇｈｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｐｅｅｄａｎｄ ｌｏｗｉｎｊｅｃｔｉｏｎｒａｔｅ．Ｔｈｅｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｍｏｌｄｅｄｌｅｎｓｗｉｔｈｈｏｔｒｕｎｎｅｒｗａｓｌｏｗｅｒｔｈａｎ ｔｈａｔｗｉｔｈｃｏｌｄｒｕｎｎｅｒ．Ｔｈｅｌｉｇｈｔｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅａｎｄ ｍａｘｉｍｕｍｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈｃｏｌｄ ｒｕｎｎｅｒｗｅｒｅ９３．１ ％ ａｎｄ５９０．３ｃｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｂｕｔｂｏｔｈｏｆｔｈｅｍ ｗｉｔｈｈｏｔｒｕｎｎｅｒｗｅｒｅ４．４ ％ ａｎｄ ７５ｃｄｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｗｉｔｈｃｏｌｄｒｕｎｎｅｒ．ＴｈｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇｆｏｒＬＥＤｌｅｎｓｗｉｔｈｈｏｔ ｒｕｎｎｅｒｗａｓｓｕｐｅｒｉｏｒｔｏｔｈａｔｗｉｔｈｃｏｌｄｒｕｎｎｅｒｉｎｔｈｅａｓｐｅｃｔｏｆｏｐｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇ；ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅｓ；ｌｅｎｓ；ｏｐｔｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｃｏｌｄ／ ｈｏｔｒｕｎｎｅｒ
第３２卷 第５期 ２０１８年５月
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Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．５ Ｍａｙ，２０１８
注射压缩成型 犔犈犇 透镜光学性能分析
杜遥雪１，史 智１，周 阳１，殷小春２
（１．五邑大学机电工程学院，广东 江门 ５２９０２０； ２．华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心，广州 ５１０６４０）
犃狀犪犾狔狊犻狊狅犳犗狆狋犻犮犪犾犘犲狉犳狅狉犿犪狀犮犲犳狅狉犐狀犼犲犮狋犻狅狀犮狅犿狆狉犲狊狊犻狅狀犿狅犾犱犲犱犔犈犇犔犲狀狊
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（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｙｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｎｇｍｅｎ５２９０２０，Ｃｈｉｎａ； ２．ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＮｏｖｅｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒＰｏｌｙｍｅｒＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ）
摘 要：针对注射压缩成型的发光二极管（ＬＥＤ）透镜，采用 Ｌ１８（３７）正交实验矩阵及模拟优化获得 Ａ３Ｂ２Ｃ２Ｄ２Ｅ２Ｆ３Ｇ１ 最佳成型工艺参数组合，并对透镜进行了光学性能测试。结果表明，工艺参数中的压缩速度增大和注射速率降低，透镜 的内部残余应力和折射率变化减小而光学性能提高；采用热流道注射压缩成型的透镜与冷流道的相比，折射率变化降 低，冷流道透镜的透光率和最大光强为９３．１ ％和５９０．３ｃｄ，热流道透镜的的透光率和最大光强为９７．５ ％和６６５．３ｃｄ， 热流道透镜的透光率和光强分别比冷流道的提高４．４％和７５ｃｄ，热流道注射压缩成型加工的 ＬＥＤ透镜在光学性能方 面比冷流道的优越。 关 键 词：注射压缩成型；发光二极管；透镜；光学性能；冷／热流道 中图分类号：ＴＱ３２０．６６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１９２７８（２０１８）０５０１０３０６ 犇犗犐：１０．１９４９１／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１９２７８．２０１８．０５．０１６