CN101852388A - 一种led用广角配光透镜及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及LED专用的广角配光透镜，该透镜为一旋转体，包括有一入射面及一出射面；所述的LED透镜入射面设置有一个凹坑，凹坑内曲面为一个由平滑曲线旋转构成的旋转面，曲面顶部平滑过渡，LED设置在凹坑内；所述的出射面为平滑过渡的旋转面。中心为一凹面，凹面向外过渡逐渐凸起后在边沿向下弯曲。本发明LED照明解决了光斑的问题，实现照明级大功率LED作为在均匀面光源照明的应用，LED单灯性能稳定，颗数减少，系统寿命和可靠性好。

Description

一种LED用广角配光透镜及其应用

技术领域：

本发明涉及一种透镜，特别是一种LED专用的广角配光透镜。

背景技术：

LED光源作为绿色节能的光源，在照明领域正逐步取代传统光源。大功率LED相对小功率LED光效更高、显色指数更好、温度和光衰特性更加稳定。是照明用LED光源主流的方向，也是目前国际LED大厂研发的主流方向。然而由于大功率LED单颗亮度较高的特点、目前主要用在射灯等重点照明领域以及道路照明。商业或家居的泛光照明灯具目前仍以3528、5050等1瓦以下的小、中功率LED为主。

目前的LED面光源照明主要有两种：

1)侧光式照明：通常在采用中、小功率LED线性排列于导光板侧边，通过背光网点的散射使光线均匀。其缺点是在导光板材料内部不断反射，通过光程较长，光损严重。

2)直下式照明：通常直接使用LED阵列作为背光，通过扩散材料实现光线的均匀与柔化。由于LED为Lambertian配光，中心光线最强，单颗LED形成的光斑范围小，若使用稀疏排列的大功率LED作为背光源，则不足以实现均匀扩散，会形成亮点。因此目前的面光源多使用小功率LED密布，以避免形成明显的光斑。其缺点是：1、小功率LED通常非照明级产品，寿命和可靠性较差；2、实现同样的面光源照明，小功率LED用量为大功率LED的20倍左右，单位光通量成本较昂贵。颗数的增加也进一步降低了系统的可靠性。

发明内容：

本发明正是为了解决上述问题而发明的一种LED用广角配光透镜。

本发明是通过以下技术手段实现的：

一种LED用广角配光透镜，所述的LED透镜为一旋转体，包括有一入射面及一出射面；所述的LED透镜入射面设置有一个凹坑，凹坑内曲面为一个由平滑曲线旋转构成的旋转面，曲面顶部平滑过渡，LED设置在凹坑内；所述的出射面为平滑过渡的旋转面。中心为一凹面，凹面向外过渡逐渐凸起后在边沿向下弯曲。

所述的透镜高为H，外曲面深度为t，内曲面高度为h，透镜底部直径为D，凹槽的底部直径为d；所述的各个数值关系为：d/2＜h＜d；D/5＜H＜D/2；H/10＜t＜H/4；2d＜D＜5D；所述的内、外曲面轮廓线为离散点拟合而成的3阶以上高次函数曲线。

一种如上所述LED用广角配光透镜在照明的应用，所述的LED用广角配光透镜在面光源的应用。

上述的LED用广角配光透镜配合LED灯珠可以做成LED阵列，所述的LED阵列为数个LED灯整齐安放在电路板上，每个LED灯上安置一个LED用广角配光透镜。

上述的LED用广角配光透镜用在灯箱，包括灯箱、带广角配光透镜的LED阵列以及灯箱面上的面板，所述的带广角配光透镜的LED阵列安置在灯箱内，上方安装有灯箱外框；所述的带广角配光透镜的LED阵列为多个LED上分别罩有广角配光透镜；所述的外框与带广角配光透镜的LED阵列之间还设置有漫透射扩散材料层(Diffuser)。

上述的广告灯箱内的带广角配光透镜的LED阵列，各个LED灯或灯组之间间距大于LED灯发光面到漫透射扩散材料层的距离。

上述的广告灯箱内，LED采用0.3W及以上的大、中功率LED。

本发明通过全新的透镜设计，可将LED灯的Lambertian配光分布转化成扁平盘状配光分布，使得光线倾向两侧分布，中心光强削弱，边缘光强增强，从而在受照平面形成大角度范围均匀光斑。

如附图1是LED光源Lambertian配光分布；附图2经过二次光学透镜后的配光分布。从图中我们可以明确看出中心光强A为峰值光强C的1/10左右；向上半峰值全角B处110°～140°；峰值C全角140°～160°；向下半峰值全角度D处150°～175°。图3为LED经过二次光学透镜后光晕轮廓示意图，LED光源S，距离漫透射扩散材料层L透射出直径为M的光晕，其中D≥3h。

从上可得知在面光源使用中，本发明透镜在保证LED高亮节能的同时，通过将LED灯的Lambertian配光分布转化成扁平盘状配光分布，从而在受照平面形成大角度范围均匀光斑。能够使稀疏排列的大功率LED作为背光的面光源实现均匀扩散。避免了亮点或光斑的出现。本发明的优点是：1、解决了光斑的问题，实现照明级大功率LED作为在均匀面光源照明的应用，LED单灯性能稳定，颗数减少，系统寿命和可靠性好；2、大功率LED光效较高，散热性能好，寿命较长，是照明用LED发展的主要趋势；3、本发明透镜结合大功率LED作为面光源背光，由于单灯的均匀扩散面积大，能够使面光源在连续2颗LED发生故障的情况下在出光面仍看不到暗斑，减少了系统的维护。

附图说明：

图1为一般的LED光源Lambertian配光分布；

图2为经过二次光学透镜后的配光分布；

图3为LED经过二次光学透镜后光晕轮廓示意图；

图4为透镜的剖面示意图；

图5为透镜的机构示意图；

图6为LED阵列中一个LED单元的结构示意图；

图7为LED灯箱的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图4、5、6和7对本发明进行进一步的阐述，以方便本领域工作人员更加方便理解本发明的构思。

如图7所示，一种灯箱，包括灯箱7和外框10、带广角配光透镜的LED阵列8以及灯箱面上的漫透射面板9。所述的带广角配光透镜的LED阵列8为多个LED上分别罩有广角配光透镜；所述的漫透射面板9指的是一层由光学扩散材料(Diffuser)做成的面板，能够使光线透过并散射出去，漫透射面板9可以是雾化的PC、PS、PMMA等塑料板材或广告纸等；所述的灯箱7能够固定LED阵列与漫透射面板，并保持适当的间距。

如图6所示，上述LED阵列的一个LED单元的结构，LED透镜4上设置有两个定位孔，在LED灯6周围设置有定位轴5，定位轴5对应在LED透镜4的定位孔槽内，LED灯6设置在透镜入射面的凹槽内。实用状态下，LED产生的光线通过透镜广角配光(定位结构为保证LED发光芯片中心与透镜旋转轴同心，包括但不限于此方式)。

如图4及5所示，一个具体的透镜结构示意图，LED透镜为一旋转体，包括有一入射面2及一出射面1；所述的LED透镜入射面2也设置有一个凹坑，凹坑内曲面为一个由内曲线旋转构成的旋转面，LED设置在凹坑内；所述的出射面1顶端也为一凹面，凹面为平滑过渡的旋转曲面。所述的透镜高为H，外曲面深度为t，内曲面高度为h，透镜底部直径为D，凹槽的底部直径为d；所述的各个数值关系为：d/2＜h＜d；D/5＜H＜D/2；H/10＜t＜H/4；2d＜D＜5D；所述的内、外曲面轮廓线为离散点拟合而成的3阶以上高次函数曲线。

再结合附图7所示，上述的灯箱7内的带广角配光透镜的LED阵列8，各个LED灯或灯组之间间距大于LED灯发光面到漫透射扩散材料层的距离。广告灯箱内的LED优选采用1瓦及以上的大功率LED，可以使得配光效果达到最佳。

以上是对本发明所提供的一种LED用广角配光透镜及其应用进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构和构思进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，如运用在其他照明领域。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种LED用广角配光透镜，其特征在于所述的LED透镜为一旋转体，包括有一入射面及一出射面；所述的LED透镜入射面也设置有一个凹坑，凹坑内曲面为一个由内曲线旋转构成的旋转面，LED设置在凹坑内；所述的出射面为平滑过渡的旋转面。中心为一凹面，凹面向外过渡逐渐凸起后在边沿向下弯曲。

2.根据权利要求1所述的LED用广角配光透镜，其特征在于所述的透镜高为H，外曲面深度为t，内曲面高度为h，透镜底部直径为D，凹槽的底部直径为d；所述的各个数值关系为：d/2＜h＜d；D/5＜H＜D/2；H/10＜t＜H/4；2d＜D＜5D；所述的内、外曲面轮廓线为离散点拟合而成的3阶以上高次函数曲线。

3.一种如权利要求1所述LED用广角配光透镜在照明的应用，其特征在于所述的LED用广角配光透镜在面光源的应用。

4.根据权利要求3所述的LED用广角配光透镜在照明的应用，其特征在于所述的LED用广角配光透镜配合LED灯组可以做成LED阵列，所述的LED阵列为数个LED灯整齐安放在电路板上，每个LED灯上安置一个LED用广角配光透镜。

5.根据权利要求4所述的LED用广角配光透镜在照明的应用，其特征在于所述的LED用广角配光透镜用在灯箱，包括灯箱、带广角配光透镜的LED阵列以及灯箱面上的面板，所述的带广角配光透镜的LED阵列安置在灯箱内，上方安装有灯箱外框；所述的带广角配光透镜的LED阵列为多个LED上分别罩有广角配光透镜；所述的外框与带广角配光透镜的LED阵列之间还设置有漫透射扩散材料层。

6.根据权利要求4所述的LED用广角配光透镜在照明的应用，其特征在于所述带广角配光透镜的LED阵列安置在灯箱内，各个LED灯或灯组之间间距大于LED灯发光面到漫透射扩散材料层的距离。

7.根据权利要求4所述的LED用广角配光透镜在照明的应用，其特征在于所述的灯箱内，LED采用0.3W及以上的大、中功率LED。

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