一種led燈光學透鏡的製作方法
2023-12-11 15:02:47 1
專利名稱：一種led燈光學透鏡的製作方法
技術領域：
本發明涉及LED照明設備領域，特別涉及一種LED燈光學透鏡。
背景技術：
發光二極體(Light-Emitting-Diode，簡稱LED)是一種能夠將電能轉化為光能的半導體，其核心部件是LED晶片。隨著信息技術的高速發展，照明領域對於環保節能越來越重視，綠色照明——大功率LED照明在世界開始展現它的明星風採。大功率LED照明技術具有環保、節能、壽命長等顯著優點，從而將為傳統的照明技術帶來一場歷史性的巨大革命。LED作為世界未來的照明領域明星，雖然有其自身不可替代的優點，但是在照明領域實際應用方面，取代傳統的球泡燈、日光燈等仍有其局限性和需要解決的技術問題，比如因為LED晶片的體積小所以它的發光面小，並且其發光的方向性也使LED光源的照射面積有限，進而造成光源的集中性，使人產生刺眼、暈眩的感覺。為了解決使人產生刺眼、暈眩的感覺的技術問題，LED需要二次配光透鏡對LED光源進行調整。現有的二次配光透鏡均採用矽膠或聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)等光學塑料材料製作，通過非成像光學設計透鏡外形，利用折射、反射等光學效果改變LED光線射出方向，對LED發出的光源進行重新分配，從而得到預期的照度分布。常見的二次配光透鏡設計需要考慮晶片本身的發光特性，針對不同的LED晶片或不同的LED封裝，由於晶片發光特性存在差異，更換晶片後，就需要對二次光學透鏡進行重新設計以滿足同樣的照度分配需求，即二次光學透鏡的通用性具有較強的局限性，導致在實際生產過程中，針對不同晶片需要設計不同的透鏡，這就增加了高昂的透鏡開模成本，不利於普遍推廣應用。公開號為CN 101943368A的中國專利申請公開了一種LED聚光透鏡，所述透鏡為圓臺形透鏡，透鏡後端面開有圓柱形的第一折射槽，其前端面開有圓柱形的第二折射槽，透鏡外側壁為全反射面，第一折射槽和第二折射槽的槽壁形成折射面，其提供了一種光束髮散角小、高聚光、光效高的LED聚光透鏡，解決了現有技術中LED形成的非圓形光斑、光斑不均勻的缺陷。但是在現有技術中，LED發光面小、光源集中性過強使人感覺刺眼、暈眩的技術問題依然存在。專利號為ZL 201020208206. 0的中國專利公開了一種LED汽車前照燈透鏡，包括 光學透鏡、LED光源，所述LED光源設置在透鏡的後部，LED光源為一顆或多顆LED，光學透鏡由前曲面、後曲面、側面三個面組成，光學透鏡的前曲面由凹面透鏡陣列或與柱面、球面組合而成，光學透鏡的側面設有安裝固定用的卡槽或卡口。該公開的技術方案利用非成像光學的原理設計了近光燈、遠光燈和霧燈的光學透鏡，具有體積小、光學效率高和光學性能優異的特點，但是其用於汽車照明領域，光學性能優異主要還是體現在提高了光照亮度和增加了光照可視距離，依舊不能解決LED發光面小、光源集中性過強使人感覺刺眼、暈眩的技術問題。因此，在實際照明領域應用中怎麼改變LED光源的照射角度同時增大照射面積，並使光線分布均勻和變得柔和以及如何提高二次配光透鏡的通配性成為LED發展道路上值得關注的焦點。
發明內容
本發明提供了一種LED燈光學透鏡，通過準直透鏡和薄板透鏡的組合，使得LED燈光學透鏡適用於不同的LED晶片，通用性廣，同時產生的光線分布均勻、光線變得柔和以及光源照射面廣。一種LED燈光學透鏡，包括準直透鏡，所述的準直透鏡的側面為全反射面，所述的準直透鏡的出光面設有薄板透鏡，所述的薄板透鏡的出光面由若干個長方形凹面微透鏡的凹面組成，所述的長方形凹面微透鏡的凹面是背向準直透鏡的出光面的；所述的準直透鏡在與準直透鏡的出光面相對的一端面設有折射槽。所述折射槽一方面用於承載LED晶片，另一方面用於將LED發出的光進行折射。 LED晶片發出的光一部分經折射槽的槽底的折射匯聚成平行光線垂直導向準直透鏡的出光面，然後再經過薄板透鏡射出；另一部分光經折射槽的側壁的折射射入準直透鏡內部再經準直透鏡的側面的全反射作用後匯聚成平行光線垂直導向準直透鏡的出光面，然後經過薄板透鏡射出。為了得到更好的發明效果，以下作為本發明的優選所述的準直透鏡呈圓臺形或近似圓臺形，且所述的準直透鏡的出光面的面積大於與準直透鏡的出光面相對的一端面的面積，更利於光線的全反射，也有助於準直透鏡的排列組合，便於安放入燈具外殼中。所述的準直透鏡的側面為光滑曲面，光滑曲面在準直透鏡為全發射面的基礎上進一步增強準直透鏡的側面的反射效果，有利於減少光線在經過準直透鏡過程中的損失，增大了本發明LED燈光學透鏡的出光率。所述的準直透鏡的出光面為光滑平面；所述的薄板透鏡的入光面為光滑平面。更利於平行光線平行進入薄板透鏡。所述的準直透鏡的出光面與所述的薄板透鏡的入光面緊密貼合；或者，所述的準直透鏡的出光面作為所述的薄板透鏡的入光面。所述的折射槽為圓筒狀，圓筒狀的折射槽增大了 LED光源的出光角度，有利於光線的射出。所述的折射槽的槽底為背向所述的準直透鏡的出光面凸起的凸面，凸面槽底可以把LED光源發出的光經折射作用匯聚成平行光線垂直導向準直透鏡的出光面，有助於減少光線因在準直透鏡內部發生多次折射而造成的光損失，增大了準直透鏡的出光率。所述的薄板透鏡的出光面由若干個相同大小的長方形凹面微透鏡的凹面緊密排列形成的平面陣列組成。長方形凹面微透鏡可以使經過薄板透鏡的光線分散射出形成不同於現有技術中圓形光斑的矩形光斑，同時，若干個同樣大小的長方形凹面微透鏡呈緊密排列形成平面陣列，這樣排列的作用是把原本經過每個長方形凹面微透鏡折射形成的矩形照射區域進行了一定面積的重疊，這樣既不影響燈的亮度，同時達到光線照射均勻和柔和不刺眼的效果。所述的薄板透鏡與準直透鏡可以一一對應，即一塊薄板透鏡對應一個準直透鏡，組合成獨立的LED燈光學透鏡，多個獨立的LED燈光學透鏡再進行合理切邊密排形成陣列， 組合成LED燈光學透鏡；也可以一塊薄板透鏡對應多個準直透鏡，所述的準直透鏡可以分體排列也可以合理切邊密排或整合在一起，形成LED燈光學透鏡。上述不同組合的LED燈光學透鏡結構用以滿足不同功率的照明需求。所述的薄板透鏡和準直透鏡可以根據不同需求進行排列組合、切邊，這樣的光學透鏡結構不僅可以滿足廣大市場需求，而且又可以直接替換現有照明系統中的光學透鏡。優選，所述的薄板透鏡為一塊，所述的準直透鏡為多個，當採用這種形式的組合時，不但更容易組裝、生產成本更低，而且光照面積更大、光線更柔和。所述的薄板透鏡為圓形或者多邊形等，薄板透鏡可以根據不同要求作相應的修改 (如切邊或整合)，以便滿足不同使用環境的要求和不同的安裝要求，不但可以節省成本， 而且可以給燈具本身增加一定的觀賞性。所述的LED燈光學透鏡的外側面設有用於與燈殼固定的鉤腳或者一圈外沿，方便與燈殼固定。所述的薄板透鏡可以直接作為封裝透鏡，起到作為LED燈具的封裝面板作用，同時節省了材料成本，降低了燈具價格。所述的準直透鏡和薄板透鏡的材料可選用透明材料，具體的透明材料可優選PMMA 塑料或PC塑料等。與現有技術相比，本發明具有如下優點本發明折射槽減少了光線因在準直透鏡內部發生多次折射而造成的光損失，增大了準直透鏡的出光率和增大了 LED光源的出光角度，有利於光線的射出。本發明準直透鏡的側面為全反射面，有利於減少光線在經過準直透鏡過程中的損失，增大了本發明LED燈光學透鏡的出光率。本發明LED燈光學透鏡克服了現有技術中二次配光透鏡通用的局限性缺陷，即針對不同LED晶片或不同出光角度，本發明LED燈光學透鏡都可以實現滿足特定照度分布的配光要求，使得本發明LED燈光學透鏡能適用於不同的LED晶片，大大提高了其通用性。本發明LED燈光學透鏡可以實現一體化透鏡也可以進行分離化設計即通過薄板透鏡與準直透鏡分離，既可以實現對於不同晶片的兼容，也可以通過更換耗材極少的薄板透鏡實現不同的照度分配設計；同時，薄板透鏡上每個長方形凹面微透鏡以其獨特的凹面結構都有使入射光線分散出去形成光斑面積大小相等、分布均勻的照射效果，解決了眩光和光分布不均勻的問題，同時採用平面陣列的形式進一步增大了 LED晶片發出光源的照射面範圍，從而達到照射範圍廣、光線柔和以及光分布均勻的效果。
圖1為本發明LED燈光學透鏡的立體結構示意圖；
圖2為圖1中的LED燈光學透鏡的A向視圖；圖3為本發明LED燈光學透鏡中的薄板透鏡的結構示意圖；圖4為本發明多個準直透鏡緊密排列形成的LED燈光學透鏡的結構示意圖；圖5為圖4中的LED燈光學透鏡的B向視圖；圖6為本發明多個準直透鏡分體排列形成的LED燈光學透鏡的結構示意圖；圖7為本發明多個獨立的LED燈光學透鏡組合後緊密排列形成的LED燈光學透鏡的結構示意圖；圖8為本發明LED燈光學透鏡的光路示意圖；圖9為光線經過本發明LED燈光學透鏡後形成的光斑效果圖；其中，圖1 8中，1為薄板透鏡，2為長方形凹面微透鏡，3為薄板透鏡的入光面， 4為準直透鏡，5為折射槽，6為折射槽的槽底，7為準直透鏡的側面，8為連接部，9為LED晶片，10為鉤腳，11為第一光路，12為第二光路。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的說明。如圖1、圖2、圖3所示，為本發明LED燈光學透鏡，包括圓臺形或近似圓臺形的準直透鏡4 ；準直透鏡4的側面7為全反射面；準直透鏡4的出光面設有薄板透鏡1，薄板透鏡1的出光面由若干個相同大小的長方形凹面微透鏡2的凹面緊密排列形成的平面陣列組成，長方形凹面微透鏡2的凹面是背向準直透鏡4的出光面的；準直透鏡4在與準直透鏡4 的出光面相對的一端面設有折射槽5 ；準直透鏡4的出光面的面積大於與準直透鏡4的出光面相對的一端面的面積。該LED燈光學透鏡可以採用一體成型的方式得到，也可以由準直透鏡4與薄板透鏡1分體組合得到，準直透鏡4的出光面及薄板透鏡1的入光面3都為光滑平面，可以通過連接部8連接組合為一體，連接部8處可以選擇放或者不放液體粘合物質，使薄板透鏡1的入光面3緊密貼合準直透鏡4的出光面。折射槽5為圓筒狀。折射槽5的槽底6為背向準直透鏡4的出光面凸起的凸面。 準直透鏡4的側面7為光滑曲面。雖然準直透鏡4的側面7可以選擇非光滑曲面，折射槽 5也可以為橢圓狀，折射槽5的槽底6可以為平面，但是這些選擇的LED燈光學透鏡的效果都不如光滑曲面的側面7、圓筒狀折射槽5及凸面槽底6的理想。薄板透鏡1的出光面為由若干個相同大小的長方形凹面微透鏡2緊密排列形成的平面陣列組成。如圖4、圖5、圖6所示，薄板透鏡1為一塊，準直透鏡4為多個。即可以一個薄板透鏡1對應多個準直透鏡4，準直透鏡4可以分體排列也可以合理切邊緊密排列或整合在一起，形成LED燈光學透鏡。薄板透鏡1的形狀可以根據需求進行切邊，薄板透鏡1可選擇圓形或者多邊形等。如圖5所示，5個準直透鏡4經過合理切邊緊密排列在一起，形成LED燈光學透鏡，如圖6所示，4個準直透鏡4分體排列在一起，形成LED燈光學透鏡。如圖7所示，一個薄板透鏡也可以對應一個準直透鏡組合成獨立的LED燈光學透鏡，多個獨立的LED 燈光學透鏡再進行組合和合理切邊密排形成陣列，組合成LED燈光學透鏡。上述舉例的不同的光學透鏡組合結構用以滿足不同功率的照明需求。如圖4、圖5所示，LED燈光學透鏡的外側面設有用於與燈殼固定的鉤腳10或者一圈外沿，方便與燈殼固定。如圖6所示，薄板透鏡1可以直接作為封裝透鏡，起到作為LED 燈具的封裝面板作用，同時節省了材料成本，降低了燈具價格。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍內。本發明的LED燈光學透鏡的具體光路如下如圖8所示，將LED晶片9置入折射槽5，LED晶片9發出的光一部分經折射槽5的槽底6的折射匯聚成平行光線垂直導向準直透鏡4的出光面，然後再從薄板透鏡1的出光面射出，如第一光路11所示；另一部分光經折射槽5的側壁的折射後射入準直透鏡4內部再經準直透鏡4的側面7的全反射作用後匯聚成平行光線垂直導向準直透鏡4的出光面， 然後再從薄板透鏡1的出光面射出，如第二光路12所示。第一光路11和第二光路12經過由若干個長方形凹面微透鏡2組成的薄板透鏡1中分散射出，形成面積大小相等、分布均勻的矩形光斑，光斑效果如圖9所示，從薄板透鏡1射出的光線最終達到照射範圍廣、光線柔和以及光分布均勻的效果。 如圖9所示，可以看到不同於現有技術中的圓形光斑，本發明中的是矩形光斑，在薄板透鏡1的作用下，把原本集中的光源通過每個長方形凹面微透鏡2分散射出形成矩形照射區域，若干個矩形照射區域進行了一定面積的重疊，這樣既不影響燈的亮度，同時達到光線照射均勻和柔和不刺眼的效果；從圖9中曲線圖可知，經過本發明LED燈光學透鏡形成的矩形光斑光線均勻，適用於對光照均勻度有要求的路燈等室外照明中。
權利要求
1.一種LED燈光學透鏡，包括準直透鏡G)，其特徵在於，所述的準直透鏡的側面 (7)為全反射面；所述的準直透鏡(4)的出光面設有薄板透鏡(1)，所述的薄板透鏡(1)的出光面由若干個長方形凹面微透鏡O)的凹面組成；所述的準直透鏡(4)在與準直透鏡 (4)的出光面相對的一端面設有折射槽(5)。
2.根據權利要求1所述的LED燈光學透鏡，其特徵在於，所述的準直透鏡(4)呈圓臺形或近似圓臺形，且所述的準直透鏡的出光面的面積大於與準直透鏡的出光面相對的一端面的面積。
3.根據權利要求1所述的LED燈光學透鏡，其特徵在於，所述的準直透鏡的側面 (7)為光滑曲面。
4.根據權利要求1所述的LED燈光學透鏡，其特徵在於，所述的準直透鏡(4)的出光面為光滑平面；所述的薄板透鏡(1)的入光面為光滑平面。
5.根據權利要求1或4所述的LED燈光學透鏡，其特徵在於，所述的準直透鏡(4)的出光面與所述的薄板透鏡(1)的入光面緊密貼合；或者，所述的準直透鏡的出光面作為所述的薄板透鏡(1)的入光面。
6.根據權利要求1所述的LED燈光學透鏡，其特徵在於，所述的折射槽( 為圓筒狀。
7.根據權利要求1或6所述的LED燈光學透鏡，其特徵在於，所述的折射槽( 的槽底 (6)為背向所述的準直透鏡的出光面凸起的凸面。
8.根據權利要求1所述的LED燈光學透鏡，其特徵在於，所述的薄板透鏡(1)的出光面由若干個相同大小的長方形凹面微透鏡O)的凹面緊密排列形成的平面陣列組成。
9.根據權利要求1所述的LED燈光學透鏡，其特徵在於，所述的薄板透鏡(1)為一塊， 所述的準直透鏡(4)為多個。
10.根據權利要求1所述的LED燈光學透鏡，其特徵在於，所述的薄板透鏡(1)為圓形或者多邊形。
全文摘要
本發明公開了一種LED燈光學透鏡，包括準直透鏡，所述的準直透鏡的側面為全反射面，所述的準直透鏡的出光面設有薄板透鏡，所述的薄板透鏡由若干個長方形凹面微透鏡的凹面組成，所述的準直透鏡在與準直透鏡的出光面相對的一端面設有折射槽。通過準直透鏡和薄板透鏡的組合，使得經過該LED燈光學透鏡的光線達到柔和不眩光、分布均勻以及光源照射範圍增大的效果。
文檔編號F21V5/04GK102313244SQ20111026734
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者劉濤, 吳秋萍, 宋偉傑, 張賢鵬, 林潔, 王振衛 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所湖州新能源產業創新中心