透鏡以及其製造方法
2023-10-04 19:00:59
透鏡以及其製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於發光組件的透鏡（100），其特徵在於，所述透鏡（100）包括形成外殼的第一部分（1）和第二部分（2），所述外殼限定出用於容納第二部分（2）的腔體（13），並且所述第一部分（1）和所述第二部分（2）由第一材料和第二材料製成，其中所述第一材料和第二材料不同。本發明還涉及相應的發光裝置和透鏡的製造方法。
【專利說明】透鏡以及其製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種透鏡以及其製造方法。
【背景技術】
[0002]由於LED光源具有壽命長、節約能源、環境友好、防止震動等優點，因此，LED光源可以在廣泛的領域內得到應用，用於LED光源的透鏡通常包括TIR透鏡，該透鏡廣泛應用於包括LED光源的LED模塊中，其原因在於其特定的和良好的光特性。透鏡通常由注塑工藝製成，這同樣適用於TIR透鏡。然而在利用注塑工藝製造TIR透鏡的時候，通常存在成本高的缺陷，其原因在於為了保證TIR透鏡的厚度結構，需要較長的注塑時間。如圖(參照圖1)所示，TIR透鏡具有較大的尺寸X，TIR透鏡的厚度d例如表示為從TIR透鏡的出光面(頂面)至TIR透鏡的入射面的距離。而將形成塊狀TIR透鏡的材料不斷注塑需要較長的時間，因此，注塑的周期時間也比較長。這意味著注塑成型機的高成本，即提高了由於時間帶來的成本。此外，如果TIR透鏡的尺寸過大或者厚度過大，那麼則會由於收縮效應使得透鏡發生扭曲。
【發明內容】
[0003]因此本發明的目的在於，提出一種透鏡以及發光裝置，其能克服現有技術中的各種解決方案的缺點，具有成本低廉、出光效果好等各種優點。
[0004]根據本發明提出了一種用於發光組件的透鏡，其特徵在於，所述透鏡包括形成外殼的第一部分和第二部分，所述外殼限定出用於容納第二部分的腔體，並且所述第一部分和所述第二部分分別由第一材料和第二材料製成，其中所述第一材料和第二材料不同。由於本發明中將透鏡分為了兩個部分，即外殼和作為填充在外殼限定的腔體中的填充物的第二部分，因此可以允許第一材料和第二材料設計為不同的材料，相應提供了採取不同的工藝步驟的可能性。第一部分設計為外殼，從而使得外殼成型的工藝流程簡單並且成本低廉。同時，透鏡的尺寸並不受到注塑工藝的限制。此外，由於第一材料和第二材料不同，因此，可以分別針對透鏡所承擔的不同方面的功能設計第一材料和第二材料，從而更好地滿足透鏡的不同功能。
[0005]優選地，所述第一部分和第二部分在不同的工藝步驟中形成。即本發明在同一個工序中生產第一部分和第二部分。由於第一部分通常由注塑工藝形成，因此，在第一部分和第二部分採用不同的工藝步驟形成的情況下，可以選擇更容易實現、工藝控制更簡單以及時間成本更低的用於第二部分的工藝步驟來實現透鏡。
[0006]優選地，所述第一部分和第二部分結合成一體。第一部分和第二部分能緊密地例如利用材料連接的方式結合成一體，從而確保了透鏡的整體性。
[0007]優選地，所述第二部分是灌注材料填充部。由於灌注工藝容易控制並且時間成本低，因此，相對於現有技術中利用注塑工藝形成第二部分，實現了第二部分的低成本的加工。[0008]優選地，所述第一部分限定了所述透鏡的周邊輪廓。從而第一部分主要承擔透鏡的塑型作用，因此，可以在不影響光效的情況下將第一部分設計得儘量得薄。
[0009]優選地,第一材料是PC或PMMA。利用該透光材料形成殼體狀的第一部分可以降低時間成本。此外減輕了透鏡的重量並確保了透鏡的光學效果。
[0010]優選地，所述第二材料是PU。從而既可以與PC或PMMA很好的結合，又可以實現較好的透鏡的光特性。I3U的透明度在88%至92%之間並且折射率是1.57。第二材料可以綜合考慮光學性能、加工的工藝的難易程度、材料的成本以及與第一材料彼此相結合的難易程度進行選擇。而PU是考慮以上各個因素之後的一個較佳的選擇。
[0011]根據本發明的一個優選方案，所述第一部分包括側面和底面，所述側面和底面共同限定出所述腔體，所述側面設計為全內反射面並且所述底面設計為入射面，所述第二部分的外側表面設計為出射面。從而以低成本的方式實現了透鏡的良好的造型。
[0012]優選地，所述底面形成為用於容納所述發光組件的凹腔。該底面遠離發光組件朝向頂面彎曲，從而形成凹腔。該底面可以部分形成為凹腔，而其他部分作為透鏡的承載面。
[0013]本發明同時提出一種發光裝置，包括具有上述特徵的透鏡。
[0014]本發明同時提出一種製造透鏡的方法，包括以下步驟:a)利用第一材料在第一工藝步驟中成型外殼山)利用第二材料在第二工藝步驟形成填充到所述外殼限定的腔體中的塊狀部分，所述塊狀部分與所述成型外殼一體結合在一起。
[0015]優選地，在步驟b)中包括:c)在所述腔體中灌注液體狀的第二材料；d)凝固所述第二材料。
[0016]根據本發明的透鏡、發光裝置和透鏡的製造方法具有成本低廉、出光效果好等各種優點。
[0017]應該理解，以上的一般性描述和以下的詳細描述都是列舉和說明性質的，目的是為了對要求保護的本發明提供進一步的說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]附圖構成本說明書的一部分，用於幫助進一步理解本發明。這些附圖圖解了本發明的實施例，並與說明書一起用來說明本發明的原理。在附圖中相同的部件用相同的標號表示。圖中示出:
[0019]圖1是根據現有技術中的方案的示意圖；
[0020]圖2是根據本發明透鏡的第一實施例在製造過程中的第一階段的示意圖；
[0021]圖3是根據本發明的發光裝置的第一實施例在製造過程中的第二階段的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]在下面詳細描述中，參考形成本說明書的一部分的附圖，其中，以例證的方式示出了可以實施本發明的具體實施例。關於圖，諸如「頂」、「底」、「前」、「後」、「前導」、「尾隨」等方向性術語參考所描述的附圖的方向使用。由於本發明實施例的組件可以在許多不同方向上放置，所以方向術語僅用於說明，而沒有任何限制的意思。應該理解的是，可以使用其它實施例，並且在不背離本發明的範圍的前提下可以進行結構或邏輯改變。所以，下面詳細描述不應被理解為限制性的意思，並且本發明由所附的權利要求限定。[0023]圖2是根據本發明透鏡100的第一實施例在製造過程中的第一階段的示意圖。透鏡100用於發光組件(未不出),調整來自發光組件的光源出射的光的光分布。透鏡提供了光線在其中傳輸的光程，在該實施例中，透鏡100是全內反射TIR透鏡，為了實現較好的全內反射效果，通常將該透鏡100設計的尺寸較大。
[0024]如圖2所示，與現有技術不同，透鏡100包括兩個部分，即第一部分I和第二部分2 (參見圖3)，第一部分I形成為外殼，該外殼限定了透鏡的周邊輪廓，並且確保了透鏡100的整體剛性，起到了透鏡100的整體造型的作用。第二部分2將作為容納物形成在腔體13中。第二部分2由圖2中的流體狀的灌注材料3固化後形成。
[0025]在該腔體13中可以填充與製造外殼的第一材料不同的第二材料。第二材料是液體的。在該實施例中，第二材料是PU，也可以選擇其他透光性好的加工步驟所需時間短的材料作為第二材料。
[0026]在本發明中，第一材料和第二材料不同，因此，可以針對不同的材料特性應用不同的加工工藝步驟。尤其是，在本發明中將透鏡分為了兩個部分的情況下，即外殼和作為填充在外殼限定的腔體13中的填充物的第二部分2，可以考慮採用時間、成本較高的工藝製造透鏡的少部分小體積的部分，而採用時間、成本較低的工藝製造透鏡的近可能大部分的體積的部分。
[0027]從圖2中可見，第二部分2形成為塊狀，第二部分2基本上佔據了透鏡的絕大部分體積，提供了光線在透鏡中傳輸的光程。而利用灌注這種工藝來生產第二部分2的時候，該灌注工藝由於工藝過程較好控制，因此，可以在較短的時間內產生大體積的填充物。第一部分I可以仍然採用現有技術中的注塑工藝形成，第一部分I設計為外殼，而外殼成型的工藝流程簡單並且成本低廉。同時，透鏡的尺寸並不受到注塑工藝的限制。此外注塑工藝的控制相對複雜，但是由於僅僅很薄的限定腔體的殼壁利用該注塑工藝形成，因此，僅需要少量的時間。
[0028]將第一部分I和第二部分2在不同的工藝步驟中設計並且採用不同材料的優點還在於，可以分別針對透鏡所承擔的不同方面的功能設計第一材料和第二材料，從而更好地滿足透鏡的不同功能。外殼主要承擔限定透鏡的外部輪廓以及提供光學入射面和反射面的作用，第二部分2主要提供光傳輸路徑的作用，因此，針對這些不同的功能選擇恰當的材料。
[0029]圖3是根據本發明的發光裝置的第一實施例在製造過程中的第二階段的示意圖。如圖3所示，灌注材料3在腔體13中凝固並且與第一部分I的內壁融合在一起，構成了完整的透鏡，使得第一部分I和第二部分2形成了一個整體。凝固可以通過冷卻的方式快速實現。
[0030]在圖2和圖3中，透鏡通過透光材料製成。製造殼體狀的第一部分I的第一材料是PC或PMMA。二者均屬於市售的常見製造透鏡的塑料，具有減輕了透鏡的重量並確保了透鏡的光學效果的優點。所述第二材料是PU，TO可以容易實現液化並有利於利用容易控制的灌注工藝來實現，從而既可以與PC或PMMA很好的結合，又可以實現較好的透鏡的光特性。PU的透明度在88%至92%之間並且折射率是1.57，可以實現良好的光折射的效果。
[0031]在圖2和圖3的實施例中，透鏡的第一部分I包括側面12和底面11，所述側面12和底面11共同限定出腔體13。底面11形成為入射面並且限定出用於容納所述發光組件的凹腔。所述側面設計為全內反射面，將來自底面11的光線經全內反射面反射後進入第二部分2中(如圖3所示)。與現有技術不同的，所述第二部分2的外側表面21設計為出射面。
[0032]需要指出的是，底面11、偵愐12以及外側表面21的輪廓可以任意限定，從而實現彼此的相互配合，產生預期的光分布。例如側面12可以由根據預期的光分布反推得出的輪廓曲線限定，以及外側表面21可以是平面、凹曲面或者是凸曲面，也可以是中間凹兩頭凸的曲面等等。參見圖3，可以看出光線L經過透鏡的情況。光線L經底面11入射並經側面12反射並從外側表面21出射。
[0033]在本發明中，第二部分2的厚度基本上限定了整個透鏡的厚度，第一部分I基本上對於厚度沒有大的影響，利用時間成本相對低的材料形成第二部分2可以改善整個透鏡的加工成本。在本發明中，該外殼的厚度可以根據實際需要選擇，在滿足光學效果和足夠的保持輪廓的前提下，儘量設計得薄。
[0034]綜合圖2，3可以看出，根據本發明的製造透鏡的方法包括以下步驟:利用第一材料在第一工藝步驟中成型外殼；利用第二材料在第二工藝形成填充到所述外殼限定的腔體中的塊狀部分，所述塊狀部分與所述成型外殼一體結合在一起。優選地，在步驟b)中包括:c)在所述腔體中灌注液體狀的第二材料；d)凝固所述第二材料。
[0035]本發明的方法尤其適合在製造大尺寸的透鏡時所產生的時間成本上的優勢。此夕卜，本發明可以避免現有技術中透鏡由於收縮而產生的扭曲的現象。
[0036]需要說明的是，本發明的透鏡的各個特徵以及各個特徵的組合同樣適用於製造透鏡的方法。
[0037]另外，儘管僅相對於多種實施方式中的一種公開了本發明的實施例的特定特徵或方面，但是如任何給定或特定應用所要求的，這些特徵或方面可以與其它實施方式的一個或多個其它特徵或方面進行結合。
[0038]以上僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
[0039]標號列表
[0040]100 透鏡
[0041]I第一部分
[0042]2第二部分
[0043]3灌注材料
[0044]11 底面
[0045]12 側面
[0046]13 腔體
[0047]21外側表面
【權利要求】
1.一種用於發光組件的透鏡(100)，其特徵在於，所述透鏡(100)包括形成外殼的第一部分(I)和第二部分(2)，所述外殼限定出用於容納所述第二部分(2)的腔體(13)，並且所述第一部分(I)和所述第二部分(2)分別由第一材料和第二材料製成，其中所述第一材料和所述第二材料不同。
2.根據權利要求1所述的透鏡(100)，其特徵在於，所述第一部分(I)和第二部分(2)在不同的工藝步驟中形成。
3.根據權利要求2所述的透鏡(100)，其特徵在於，所述第一部分(I)和第二部分(2)結合成一體。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的透鏡(100)，其特徵在於，所述第二部分(2)是灌注材料(3)填充部。
5.根據權利要求1-3中任一項所述的透鏡(100)，其特徵在於，所述第一材料是PC或PMMA0
6.根據權利要求5所述的透鏡(100)，其特徵在於，所述第二材料是PU。
7.根據權利要求1-3中任一項所述的透鏡(100)，其特徵在於，所述第一部分(I)包括側面(12)和底面(11),所述側面(12)和底面(11)共同限定出所述腔體(13)，所述側面(12)設計為全內反射面並且所述底面(11)設計為入射面，所述第二部分(2)的外側表面(21)設計為出射面。
8.根據權利要求7所述的透鏡(100)，其特徵在於，所述底面(11)形成為用於容納所述發光組件的凹腔。
9.一種發光裝置，包括根據權利要求1-8中任一項所述的透鏡(100)。
10.一種製造透鏡(100)的方法，其特徵在於包括以下步驟: a)利用第一材料在第一工藝步驟中成型外殼； b)利用第二材料在第二工藝步驟在所述外殼限定的腔體(13)中形成塊狀部分，所述塊狀部分與所述外殼一體形成在一起。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於: 在步驟b)中包括: c)在所述腔體中灌注液體狀的所述第二材料； d)凝固所述第二材料。
【文檔編號】F21V5/04GK103712157SQ201210375340
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年9月29日 優先權日:2012年9月29日
【發明者】馮耀軍, 明玉生, 張新建, 何源源 申請人:歐司朗股份有限公司