一種發光二極體透鏡的製作方法

2023-06-10 23:20:01

專利名稱：一種發光二極體透鏡的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極體透鏡。
背景技術：
大功率發光二極體是一種定向發光的點光源，需要使用光學
透鏡來定向改變光強分布曲線，光學透鏡的設計會影響發光二極體的光源轉換 率，好的光學透鏡的設計不僅能調整發光二極體的發光亮度均勻性和色彩均勻 性，還能最大限度提高光源轉換率，並且減少光源眩光
發明內容
本發明的目的在於提供一種發光二極體透鏡，使用光學透鏡 來定向改變光強分布，改善發光二極體的發光亮度均勻性和色彩均勻性，最大 限度提高光源轉換率，減少光源眩光。
本發明公開的一種發光二極體透鏡，形狀為被一個平面截取的部分球 體，所述部分球體中有一個具有圓形穹頂的空腔，截面的形狀是由兩個不同心
的圓組成的圓環；所述圓形官頂的空腔的中心與球體的中心不重合，所述透鏡
一側的厚度比另一側薄。
本發明公開的發光二極體透鏡，還具有如下從屬技術特徵
所述截面中的兩個不同心的圓是不規則的，所述部分球體的外表面也是不
規則的。
所述透鏡在所述圓形穹頂的空腔的頂端對應的部分球體的表面，向下凹陷 使得透鏡的厚度變薄。
以所述透鏡出光面指向光源中心和入光面交點之間的最短距離h為透鏡基 本厚度，所述透鏡出光面指向光源中心並且和入光面交點之間的最大距離H為 透鏡參考厚度;所述透鏡基本厚度h和透鏡參考厚度H的比例關係為:7 5h > H >h 。
設光源中軸線上透鏡曲面點切線和光源軸線的最小夾角b為透鏡中心切線 夾角，則透鏡中心切線夾角的角度為90° > b >48°
3說 設透鏡出光曲面邊緣的任意一點指向光源中心的連接線和光源中軸線的夾
角a為透鏡曲面夾角，則透鏡曲率面夾角的角度為a《45° 。
所述透鏡的入光面和透鏡的出光面為鏡面；或者所述透鏡的入光面為非鏡 面，出光面為鏡面。
本發明公開的一種發光二極體透鏡，由於採用了特定的透鏡形狀，可以獲 得特定的光強分布，同時光源轉換率更高，整體上提高了發光二極體的發光亮度 均勻性和色彩均勻性，減少了光源眩光。


圖1為本發明的不對稱型全透鏡的一個實施例的立體結構圖和剖面圖。 圖2為如圖1所示的全透鏡的光強分布圖。
圖3為本發明的不對稱型全透鏡的另一個實施例的立體結構圖和剖面圖。 圖4為如圖3所示的全透鏡的光強分布圖。 圖5為透鏡基本厚度示意圖。 圖6為透鏡參考厚度示意圖。
圖7是透鏡曲率面夾角和透鏡中心切線夾角示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。
如圖l所示，為本發明的不對稱型全透鏡的實施例的立體結構圖和剖面圖， 透鏡的形狀為一個球體淨皮一個平面截取的部分，再在截取的部分球體中挖出一 個具有圓形穹頂的空腔，成為一個中空的部分球體。這個官頂空腔的中心與球 體的中心不重合，從而使得透鏡的一側的厚度比另一側薄；中空的部分球體的 截面形狀是由兩個不同心的圓組成的圓環，這兩個不同心的圓可以是不關見則的， 中空的部分球體的外表面也可以是不規則的。這個截面就是透鏡的透鏡區與非 透鏡區的分界面。發光二極體位於這個截面之上、透鏡之下、為 鏡所覆蓋。
如圖2所示為本發明的不對稱型全透鏡的一個實施例的光強分布圖，可見在相互垂直同時又垂直於截面上其光強分布圖也是不對稱的，在透鏡比較厚的 一邊對應的光強更強，面積分布更廣。在透鏡比較薄的另外三邊對應的光強比 較弱，分布面積比較小。調整透鏡的厚度和分布參數調整光強分布圖形狀，從 而獲得所需要的光強發布。
如圖3所示為本發明的不對稱型全透鏡的另一個實施例的立體結構圖和剖 面圖，這個透鏡的形狀與如圖1所示的透鏡的不同之處在於，在所述宮頂空腔 的頂端對應的部分中空球體的表面，向下凹陷使得透鏡的厚度變薄，並且凹陷 部位的一側的透鏡厚度比另 一側薄。
如圖4所示為如圖3所示的透鏡的光強分布圖，在相互垂直同時又垂直於 截面的面上其光強分布圖也是不對稱的，在透鏡比較厚的一邊對應的光強更強， 面積分布更廣。在透鏡比較薄的另外三邊對應的光強比較弱，分布面積比較小。 同樣可根據實際需要調整光強分布圖形狀。
在本發明的透鏡中，中空的部分球體的內表面為透鏡的入光面，外表面為 透鏡的出光面。
發光二極體位於透鏡區與非透鏡區的分界面之上、透鏡之下、為透鏡所覆 蓋，這就是光源的物理髮光區。發光二極體的光源物理髮光區域的最大截面的 中心點稱為光源中心點，從出光面垂直指向透鏡區與非透鏡區的分界面並和光 源中心點連接的直線稱為光源中軸線。
光學透鏡一般以光學級PMMA/PC材料，以注塑或擠出的方式製成，本發明 的透鏡入光面和光源物理出光面均勻緊密接近，並且入光面根據需要可生成光 滑鏡面、磨砂面、點面或齒形面。透鏡上光線從透鏡出來的物理表面為出光面， 圖1和圖3所示的透鏡在不規則的部分球體上由相同曲率或不同曲率組合生成 的出光面，根據需要也可生成光滑鏡面，磨砂面，點面或齒形面。從光源中心發 出的光在垂直於厚度的平面上直接進入透鏡，再折射到空氣中。光學透鏡的所 有光線都以折射出光為基本要求，同時滿足光強有效分布，使光源系統轉換率 最大化，實現光源亮度和色彩均勻性要求。當透鏡的入光面為鏡面時從光源中心點發出的入射光直接進入透鏡內；當 透鏡的入光面為非鏡面時入射光會在入光面部分發生無效反射。本發明中光源 LED的發免區為半球形，實際應用中，光源LED的發光區還可以是平圓或凹圓發 光光源，本發明的技術方案完全可以應用於這兩種光源。
當出光面為鏡面時，射出透鏡的光不改變方向進入空氣中；當出光面為非 鏡面時，射出透鏡的光會改變為不同的方向進入空氣中。
在本發明中透鏡入光面和光源物理出光面均勻緊密接近，儘可能減少光通 量在空氣介質中的距離傳導損失，光滑鏡面要求是在不改變原光源光線的路徑 直接進入透鏡中，實際應用中，可以根據設計需要，適當進行霧化處理，霧化處理 提前改變了光線路徑，但會有一定的光通量損失。
透鏡出光面指向光源中心和入光面相交之間的最短距離h為透鏡基本厚度， 其位置在光源中心線上或出光面邊緣線上，如圖5所示。
透鏡出光面指向光源中心和和入光面相交之間的最大距離H為透鏡參考厚 度,其位置在光源中心線以外區域，如圖6所示。透鏡參考設計數據，透鏡參考
厚度和基本厚度有一定的配比關係，曲面角度和中心切線角度設定一定的範圍， 目的是使所有光線均以一次折射出光；折射出去的光強分布角度控制是有效方 向的，否則容易出現無效分布，無法利用造成系統光通量損失。
透鏡.出光曲面邊緣的任意一點指向光源中心的連接線和光源中軸線的夾角 a為透鏡曲面夾角。如圖7所示。
光源中軸線上透鏡曲面點切線和光源軸線的最小夾角b為透鏡中心切線夾 角。如圖7所示。
在本發明的一個實施例中，二次透鏡的基本厚度h和透鏡參考厚度H的比 例關係如下
7. 5h>H>h 透鏡曲率面夾角 a b >48°
本發明的透鏡出光面是由相同曲面或不同曲面組合而成，且不同曲面數n > 2;由於透鏡設計本身已經改變了進入透鏡面的光線路徑，所以要求透鏡出光 面為光滑鏡面，因為在達到設計光強分布的要求的情況下，鏡面處理最好,有時 很難達到分布要求或為進一步降低眩光影響，也可以進行全部或局部霧化處理。
霧化處理是改變透鏡光線路徑，光通量損失相對較小。
本發明公開的發光二極體二次透鏡，光源轉換率可達92%以上，產品亮度均 勻性和色彩均勻性可達80%以上，可以最低限度的降低光源的使用數量，從而最 大限度的節省功耗。產品陣列規格設計靈活，產品實現容易。
本方案設計上進行了光強均勻性調整，降低了眩光影響，因此不需要額外 輔助結構材料處理相關影響，透鏡本身既可以發揮透鏡功能，又可以兼外觀防 護件作用；同時因高效率轉換,相應的散熱成本也跟隨降4氐，產品結構成本最低。
權利要求
1.一種發光二極體透鏡，其特徵在於，所述透鏡的形狀為被一個平面截取的部分球體，所述部分球體中有一個具有圓形穹頂的空腔，截面的形狀是由兩個不同心的圓組成的圓環；所述圓形穹頂的空腔的中心與球體的中心不重合，所述透鏡一側的厚度比另一側薄。
2. 如權1所述的發光二極體透鏡，其特徵在於，所述截面中的兩個不同心的圓是不規則的，所述部分球體的外表面也是不規則的。
3. 如權1所述的發光二極體透鏡，其特徵在於，所述透鏡在所述圓形官頂的空腔的頂端對應的部分球體的表面，向下凹陷^吏得透鏡的厚度變薄。
4. 如權1、 2或者3所述的發光二極體透鏡，其特徵在於，以所述透鏡出光面指向光源中心和入光面交點之間的最短距離h為透鏡基本厚度，所述透鏡出光面指向光源中心並且和入光面交點之間的最大距離H為透鏡參考厚度；所述透鎮基本厚度h和透鏡參考厚度H的比例關係為7. 5h>H>h 。
5. 如權1、 2或者3所述的發光二極體透鏡，其特徵在於，設光源中軸線上透鏡曲面點切線和光源軸線的最小夾角b為透鏡中心切線夾角，則透鏡中心切線夾角的角度為90° > b >48° 。
6. 如權1、 2或者3所述的發光二極體透鏡，其特徵在於，設透鏡出光曲面邊緣的任意一點指向光源中心的連接線和光源中軸線的夾角a為透鏡曲面夾角，則透鏡曲率面夾角的角度為a《45° 。
7. 如權1、 2或者3所述的發光二極體透4免，其特徵在於，所述透4竟的入光面和透鏡的出光面為鏡面；或者所述透鏡的入光面為非鏡面，出光面為鏡面。
全文摘要
本發明涉及一種發光二極體透鏡，形狀為被一個平面截取的部分球體，所述部分球體中有一個具有圓形穹頂的空腔，截面的形狀是由兩個不同心的圓組成的圓環；所述圓形穹頂的空腔的中心與球體的中心不重合，所述透鏡一側的厚度比另一側薄。本發明公開的一種發光二極體透鏡，由於採用了特定的透鏡形狀，可以獲得特定的光強分布，同時光源轉換率更高，整體上提高了發光二極體的發光亮度均勻性和色彩均勻性，減少了光源眩光。
文檔編號F21V5/04GK101639198SQ20091010949
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月24日 優先權日2009年8月24日
發明者呂志明, 宋恆柱, 波 肖 申請人:深圳市九拓光電有限公司