專(zhuān)利名稱(chēng)：一種led用廣角配光透鏡及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透鏡，特別是一種LED專(zhuān)用的廣角配光透鏡。
背景技術(shù)：
LED光源作為綠色節(jié)能的光源，在照明領(lǐng)域正逐步取代傳統(tǒng)光源。大功率LED相 對(duì)小功率LED光效更高、顯色指數(shù)更好、溫度和光衰特性更加穩(wěn)定。是照明用LED光源主流 的方向，也是目前國(guó)際LED大廠研發(fā)的主流方向。然而由于大功率LED單顆亮度較高的特 點(diǎn)、目前主要用在射燈等重點(diǎn)照明領(lǐng)域以及道路照明。商業(yè)或家居的泛光照明燈具目前仍 以3528、5050等1瓦以下的小、中功率LED為主。目前的LED面光源照明主要有兩種1)側(cè)光式照明通常在采用中、小功率LED線性排列于導(dǎo)光板側(cè)邊，通過(guò)背光網(wǎng)點(diǎn) 的散射使光線均勻。其缺點(diǎn)是在導(dǎo)光板材料內(nèi)部不斷反射，通過(guò)光程較長(zhǎng)，光損嚴(yán)重。2)直下式照明通常直接使用LED陣列作為背光，通過(guò)擴(kuò)散材料實(shí)現(xiàn)光線的均勻 與柔化。由于LED為L(zhǎng)ambertian配光，中心光線最強(qiáng)，單顆LED形成的光斑范圍小，若使用 稀疏排列的大功率LED作為背光源，則不足以實(shí)現(xiàn)均勻擴(kuò)散，會(huì)形成亮點(diǎn)。因此目前的面光 源多使用小功率LED密布，以避免形成明顯的光斑。其缺點(diǎn)是1、小功率LED通常非照明級(jí) 產(chǎn)品，壽命和可靠性較差；2、實(shí)現(xiàn)同樣的面光源照明，小功率LED用量為大功率LED的20倍 左右，單位光通量成本較昂貴。顆數(shù)的增加也進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述問(wèn)題而發(fā)明的一種LED用廣角配光透鏡。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的一種LED用廣角配光透鏡，所述的LED透鏡為一旋轉(zhuǎn)體，包括有一入射面及一出射 面；所述的LED透鏡入射面設(shè)置有一個(gè)凹坑，凹坑內(nèi)曲面為一個(gè)由平滑曲線旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的旋 轉(zhuǎn)面，曲面頂部平滑過(guò)渡，LED設(shè)置在凹坑內(nèi)；所述的出射面為平滑過(guò)渡的旋轉(zhuǎn)面。中心為 一凹面，凹面向外過(guò)渡逐漸凸起后在邊沿向下彎曲。所述的透鏡高為H，外曲面深度為t，內(nèi)曲面高度為h，透鏡底部直徑為D，凹槽的 底部直徑為d ；所述的各個(gè)數(shù)值關(guān)系為d/2 < h < d ；D/5 < H < D/2 ；H/10 < t < H/4 ；2d < D < 5D ；所述的內(nèi)、外曲面輪廓線為離散點(diǎn)擬合而成的3階以上高次函數(shù)曲線。一種如上所述LED用廣角配光透鏡在照明的應(yīng)用，所述的LED用廣角配光透鏡在 面光源的應(yīng)用。上述的LED用廣角配光透鏡配合LED燈珠可以做成LED陣列，所述的LED陣列為 數(shù)個(gè)LED燈整齊安放在電路板上，每個(gè)LED燈上安置一個(gè)LED用廣角配光透鏡。上述的LED用廣角配光透鏡用在燈箱，包括燈箱、帶廣角配光透鏡的LED陣列以及 燈箱面上的面板，所述的帶廣角配光透鏡的LED陣列安置在燈箱內(nèi)，上方安裝有燈箱外框； 所述的帶廣角配光透鏡的LED陣列為多個(gè)LED上分別罩有廣角配光透鏡；所述的外框與帶
3廣角配光透鏡的LED陣列之間還設(shè)置有漫透射擴(kuò)散材料層(Diffuser)。上述的廣告燈箱內(nèi)的帶廣角配光透鏡的LED陣列，各個(gè)LED燈或燈組之間間距大 于LED燈發(fā)光面到漫透射擴(kuò)散材料層的距離。上述的廣告燈箱內(nèi)，LED采用0. 3W及以上的大、中功率LED。本發(fā)明通過(guò)全新的透鏡設(shè)計(jì)，可將LED燈的Lambertian配光分布轉(zhuǎn)化成扁平盤(pán)狀 配光分布，使得光線傾向兩側(cè)分布，中心光強(qiáng)削弱，邊緣光強(qiáng)增強(qiáng)，從而在受照平面形成大 角度范圍均勻光斑。如附圖1是LED光源Lambertian配光分布；附圖2經(jīng)過(guò)二次光學(xué)透鏡后的配光分 布。從圖中我們可以明確看出中心光強(qiáng)A為峰值光強(qiáng)C的1/10左右；向上半峰值全角B處 110° 140° ；峰值C全角140° 160° ；向下半峰值全角度D處150° 175°。圖3 為L(zhǎng)ED經(jīng)過(guò)二次光學(xué)透鏡后光暈輪廓示意圖，LED光源S，距離漫透射擴(kuò)散材料層L透射出 直徑為M的光暈，其中D彡3h。從上可得知在面光源使用中，本發(fā)明透鏡在保證LED高亮節(jié)能的同時(shí)，通過(guò)將LED 燈的Lambertian配光分布轉(zhuǎn)化成扁平盤(pán)狀配光分布，從而在受照平面形成大角度范圍均 勻光斑。能夠使稀疏排列的大功率LED作為背光的面光源實(shí)現(xiàn)均勻擴(kuò)散。避免了亮點(diǎn)或光 斑的出現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、解決了光斑的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)照明級(jí)大功率LED作為在均勻面 光源照明的應(yīng)用，LED單燈性能穩(wěn)定，顆數(shù)減少，系統(tǒng)壽命和可靠性好；2、大功率LED光效較 高，散熱性能好，壽命較長(zhǎng)，是照明用LED發(fā)展的主要趨勢(shì)；3、本發(fā)明透鏡結(jié)合大功率LED作 為面光源背光，由于單燈的均勻擴(kuò)散面積大，能夠使面光源在連續(xù)2顆LED發(fā)生故障的情況 下在出光面仍看不到暗斑，減少了系統(tǒng)的維護(hù)。


圖1為一般的LED光源Lambertian配光分布；圖2為經(jīng)過(guò)二次光學(xué)透鏡后的配光分布；圖3為L(zhǎng)ED經(jīng)過(guò)二次光學(xué)透鏡后光暈輪廓示意圖；圖4為透鏡的剖面示意圖；圖5為透鏡的機(jī)構(gòu)示意圖；圖6為L(zhǎng)ED陣列中一個(gè)LED單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為L(zhǎng)ED燈箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖4、5、6和7對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，以方便本領(lǐng)域工作人員更 加方便理解本發(fā)明的構(gòu)思。如圖7所示，一種燈箱，包括燈箱7和外框10、帶廣角配光透鏡的LED陣列8以及 燈箱面上的漫透射面板9。所述的帶廣角配光透鏡的LED陣列8為多個(gè)LED上分別罩有廣 角配光透鏡；所述的漫透射面板9指的是一層由光學(xué)擴(kuò)散材料(Diffuser)做成的面板，能 夠使光線透過(guò)并散射出去，漫透射面板9可以是霧化的PC、PS、PMMA等塑料板材或廣告紙 等；所述的燈箱7能夠固定LED陣列與漫透射面板，并保持適當(dāng)?shù)拈g距。如圖6所示，上述LED陣列的一個(gè)LED單元的結(jié)構(gòu)，LED透鏡4上設(shè)置有兩個(gè)定位
4孔，在LED燈6周?chē)O(shè)置有定位軸5，定位軸5對(duì)應(yīng)在LED透鏡4的定位孔槽內(nèi)，LED燈6設(shè) 置在透鏡入射面的凹槽內(nèi)。實(shí)用狀態(tài)下，LED產(chǎn)生的光線通過(guò)透鏡廣角配光(定位結(jié)構(gòu)為 保證LED發(fā)光芯片中心與透鏡旋轉(zhuǎn)軸同心，包括但不限于此方式)。如圖4及5所示，一個(gè)具體的透鏡結(jié)構(gòu)示意圖，LED透鏡為一旋轉(zhuǎn)體，包括有一入射 面2及一出射面1 ；所述的LED透鏡入射面2也設(shè)置有一個(gè)凹坑，凹坑內(nèi)曲面為一個(gè)由內(nèi)曲 線旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)面，LED設(shè)置在凹坑內(nèi)；所述的出射面1頂端也為一凹面，凹面為平滑過(guò) 渡的旋轉(zhuǎn)曲面。所述的透鏡高為H，外曲面深度為t，內(nèi)曲面高度為h，透鏡底部直徑為D，凹 槽的底部直徑為d ；所述的各個(gè)數(shù)值關(guān)系為d/2 < h < d ；D/5 < H < D/2 ；H/10 < t < H/4 ； 2d < D < 5D ；所述的內(nèi)、外曲面輪廓線為離散點(diǎn)擬合而成的3階以上高次函數(shù)曲線。再結(jié)合附圖7所示，上述的燈箱7內(nèi)的帶廣角配光透鏡的LED陣列8，各個(gè)LED燈 或燈組之間間距大于LED燈發(fā)光面到漫透射擴(kuò)散材料層的距離。廣告燈箱內(nèi)的LED優(yōu)選采 用1瓦及以上的大功率LED，可以使得配光效果達(dá)到最佳。以上是對(duì)本發(fā)明所提供的一種LED用廣角配光透鏡及其應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹， 本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和構(gòu)思進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例只是用于幫助理解 本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具 體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，如運(yùn)用在其他照明領(lǐng)域。綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi) 容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
一種LED用廣角配光透鏡，其特征在于所述的LED透鏡為一旋轉(zhuǎn)體，包括有一入射面及一出射面；所述的LED透鏡入射面也設(shè)置有一個(gè)凹坑，凹坑內(nèi)曲面為一個(gè)由內(nèi)曲線旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)面，LED設(shè)置在凹坑內(nèi)；所述的出射面為平滑過(guò)渡的旋轉(zhuǎn)面。中心為一凹面，凹面向外過(guò)渡逐漸凸起后在邊沿向下彎曲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED用廣角配光透鏡，其特征在于所述的透鏡高為H，外曲面 深度為t，內(nèi)曲面高度為h，透鏡底部直徑為D，凹槽的底部直徑為d ；所述的各個(gè)數(shù)值關(guān)系 為d/2 < h < d ；D/5 < H < D/2 ；H/10 < t < H/4 ;2d < D < 5D ；所述的內(nèi)、外曲面輪廓線 為離散點(diǎn)擬合而成的3階以上高次函數(shù)曲線。
3.—種如權(quán)利要求1所述LED用廣角配光透鏡在照明的應(yīng)用，其特征在于所述的LED 用廣角配光透鏡在面光源的應(yīng)用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED用廣角配光透鏡在照明的應(yīng)用，其特征在于所述的LED 用廣角配光透鏡配合LED燈組可以做成LED陣列，所述的LED陣列為數(shù)個(gè)LED燈整齊安放 在電路板上，每個(gè)LED燈上安置一個(gè)LED用廣角配光透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED用廣角配光透鏡在照明的應(yīng)用，其特征在于所述的LED 用廣角配光透鏡用在燈箱，包括燈箱、帶廣角配光透鏡的LED陣列以及燈箱面上的面板，所 述的帶廣角配光透鏡的LED陣列安置在燈箱內(nèi)，上方安裝有燈箱外框；所述的帶廣角配光 透鏡的LED陣列為多個(gè)LED上分別罩有廣角配光透鏡；所述的外框與帶廣角配光透鏡的 LED陣列之間還設(shè)置有漫透射擴(kuò)散材料層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED用廣角配光透鏡在照明的應(yīng)用，其特征在于所述帶廣角 配光透鏡的LED陣列安置在燈箱內(nèi)，各個(gè)LED燈或燈組之間間距大于LED燈發(fā)光面到漫透 射擴(kuò)散材料層的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED用廣角配光透鏡在照明的應(yīng)用，其特征在于所述的燈箱 內(nèi)，LED采用0. 3W及以上的大、中功率LED。
全文摘要
本發(fā)明涉及LED專(zhuān)用的廣角配光透鏡，該透鏡為一旋轉(zhuǎn)體，包括有一入射面及一出射面；所述的LED透鏡入射面設(shè)置有一個(gè)凹坑，凹坑內(nèi)曲面為一個(gè)由平滑曲線旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)面，曲面頂部平滑過(guò)渡，LED設(shè)置在凹坑內(nèi)；所述的出射面為平滑過(guò)渡的旋轉(zhuǎn)面。中心為一凹面，凹面向外過(guò)渡逐漸凸起后在邊沿向下彎曲。本發(fā)明LED照明解決了光斑的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)照明級(jí)大功率LED作為在均勻面光源照明的應(yīng)用，LED單燈性能穩(wěn)定，顆數(shù)減少，系統(tǒng)壽命和可靠性好。
文檔編號(hào)F21V5/04GK101852388SQ20101021042
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者朱慶山, 肖偉, 鐘雄, 黃瑞彬 申請(qǐng)人:深圳市九洲光電科技有限公司