CN102032526A - 发光二极管模组 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管模组，其包括一发光二极管及一与之搭配的透镜，该发光二极管具有一中心轴线I，该透镜具有一入光面及一出光面，在一个三维直角坐标系o-xyz中，发光二极管的中心轴线I与z轴重合，该透镜的出光面具有一中心轴线II，出光面的中心轴线II平行于发光二极管的中心轴线I且位于zox平面的一侧，发光二极管所发出的光线在经过透镜后，分布于zox平面的一侧的光线多于分布于zox平面相对的另一侧的光线。与现有技术相比，本发明的发光二极管模组分布于zox平面的一侧的光线多于分布于zox平面相对的另一侧的光线，可减少路灯的安装臂的安装倾角，同时使发光二极管发出的光得到有效的利用。

Description

发光二极管模组
技术领域
本发明涉及一种发光组件，特别涉及一种发光二极管模组。
背景技术
作为一种新兴的光源，发光二极管凭借其发光效率高、体积小、重量轻、环保等优点，已被广泛地应用到当前的各个领域当中，大有取代传统光源的趋势。
传统的发光二极管路灯内通常安装有多个发光二极管。如图7所示，道路34的左、右两侧分别对称设置两排路灯31、32，道路34被中心线342分为面积相等的左侧部分340及右侧部分341，左侧路灯31用于照射道路34的左侧部分340，右侧路灯32用于照射道路34的右侧部分341。发光二极管所发出的光线必须经过相应的调整才能照射道路上指定区域，从而满足道路照明需求。目前通常是加大路灯31(32)的安装臂33的倾角α，使之能够朝向预定的方向出射。然，国家道路照明标准要求路灯31(32)的安装臂33的倾角α不能大于15°，否则左侧路灯31所发出的光线会照射到道路34的右侧部分341，右侧路灯32所发出的光线会照射到道路34的左侧部分340，而不同型号的发光二极管的出射角度迥异，故，调整路灯31(32)的安装臂33的倾角α并不能使得所有型号发光二极管的出射方向满足实际照明需求。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种出光的光形分布较为合理以满足实际照明需求的发光二极管模组。
一种发光二极管模组，其包括一发光二极管及一与之搭配的透镜，该发光二极管具有一中心轴线I，该透镜具有一入光面及一出光面，发光二极管发出的光线经由透镜的入光面进入透镜内，并经由透镜的出光面射出，在一个三维直角坐标系o-xyz中，其中o点在发光二极管的中心，x轴与y轴相交于o点，x轴对应于透镜的长度方向，y轴对应于透镜的宽度方向，z轴通过o点且垂直于由x及y轴所共同定义出的xoy平面，发光二极管的中心轴线I与z轴重合，该透镜的出光面具有一中心轴线II，出光面的中心轴线II平行于发光二极管的中心轴线I且位于zox平面的一侧，发光二极管所发出的光线在经过透镜后，分布于zox平面的一侧的光线多于分布于zox平面相对的另一侧的光线。
与现有技术相比，本发明的发光二极管模组分布于zox平面的一侧的光线多于分布于zox平面相对的另一侧的光线，可减少路灯的安装臂的安装倾角，以满足国家标准对于安装倾角的要求，同时使发光二极管发出的光得到有效的利用。
附图说明
图1为本发明的发光二极管模组的一较佳实施例的立体组装图。
图2为图1的发光二极管模组中透镜于翻转之后的立体示意图。
图3为图1中发光二极管模组沿III-III的剖面示意图。
图4为图1中发光二极管模组沿IV-IV的剖面示意图。
图5为图1中发光二极管模组在工作时的等照度分布图。
图6为图1中发光二极管模组在工作时的直角坐标配光曲线。
图7为发光二极管模组用于道路照明的示意图。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明的发光二极管模组1包括一发光二极管10及一罩设于发光二极管10之上的透镜20。该发光二极管10包括一基座11、一发光二极管芯片12及一封装体13。基座11呈矩形状，其底部向外凸伸形成一基台14，该基台14亦呈矩形状但面积较基座11大。该基座11的顶部开设一凹陷110，发光二极管芯片12固定于凹陷110内。封装体13填充凹陷110并包覆发光二极管芯片12，封装体13的外表面为平面且形成发光二极管10的出光面134。该发光二极管10具有一中心轴线I，发光二极管10出射的光线在该中心轴线I附近具有最大的强度，发光二极管10的出射角度为120度。
该透镜20由光学性能优越的透明材料一体成型，如PMMA或PC塑料。该透镜20包括一支撑部21、一导光部23及位于支撑部21与导光部23之间的一连接部22。在本发明中，该支撑部21大致呈矩形，支撑部21沿前后方向的长度大于其沿左右方向的宽度，该支撑部21的前后两侧分别开设二弧形的缺口211。该连接部22亦大致呈矩形且形成于支撑部21的顶面，连接部22的面积小于支撑部21的面积，连接部22的前后两侧与支撑部21的二缺口211的最内端相对齐。该连接部22的右侧亦开设两个弧形的缺口212。
为方便描述，在这里引入三维直角坐标系o-xyz(如图1)，其中o点位于发光二极管10的中心，x轴与y轴相交于o点，x轴对应于发光二极管模组1的长度方向(即前后方向)，y轴对应于发光二极管模组1的宽度方向(即左右方向)，z轴通过o点且垂直于由x及y轴所共同定义出的xoy平面，发光二极管10的中心轴线I与z轴重合。其中，图3为发光二极管模组1沿zoy平面所截得的剖视图，图4为发光二极管模组1沿zox平面所截得的剖视图。
该导光部23形成于连接部22的上表面且偏向于连接部22的左侧设置。导光部23沿前后方向对称且其对称面为zoy平面，导光部23沿左右方向对称且其对称面为K平面，K平面相对于zox平面向左平移一定距离，K平面与zox平面相互平行。导光部23的外表面包括一隆起的自由曲面231及分别位于自由曲面231左、右两侧的二椭球面232。该自由曲面231位于导光部23的中部，自由曲面231沿发光二极管模组1的长度方向延伸，其宽度沿自由曲面231的前、后两端向中间逐渐减小。二椭球面232分别位于位于发光二极管模组1的宽度方向的两侧，且每一椭球面232的宽度自椭球面232的前、后两端向中间逐渐增大。自由曲面231与二椭球面232共同形成透镜20的出光面230。出光面230沿前后方向对称且其对称面为zoy平面，出光面230沿左右方向对称且其对称面为K平面，zoy平面与K平面的相交线为出光面230的中心轴线II，中心轴线II位于zoy平面上且相对于z轴(或中心轴线I)向左平移，即中心轴线II与中心轴线I平行且位于zox平面的左侧，透镜20的出光面230相对于zox平面左偏。
该透镜20在其支撑部21的底面210的中部区域形成一呈交叉十字形的第一收容槽213，透镜20于第一收容槽213的顶部形成第一定位面214，第一定位面214的中心位于z轴上。第一收容槽213的四角处分别形成四个向第一收容槽213的中心凸伸的第一尖角219。该透镜20在该第一定位面214的中部区域进一步向内开设第二收容槽215，透镜20于第二收容槽215的顶部形成第二定位面216，第二定位面216的中心位于z轴上。第二收容槽215的左、右两侧分别具有一外凸弧状的第一侧缘217，第二收容槽215的前、后两侧分别具有一直线状的第二侧缘218，第一侧缘217与第二侧缘218之间形成向第二收容槽215的中心凸伸的第二尖角220。透镜20于第二定位面216的中部区域再进一步向内形成一凹陷24，透镜20于凹陷24的内表面形成透镜20的入光面25。入光面25为一椭球面，入光面25的中心轴线III与z轴重合，入光面25沿透镜20的长度方向相对于zoy平面对称，入光面25沿透镜20的宽度方向相对于zox平面对称。入光面25于zox平面的右侧进一步向透镜20内凹陷形成一球面250，球面250沿透镜20的长度方向相对于zoy平面对称。入光面25与第二定位面216相交的轮廓线252为椭圆，即入光面25与透镜20的底部相交的轮廓线252为椭圆。椭圆的长轴沿透镜20的宽度方向，椭圆的短轴沿透镜20的长度方向，椭圆的中心在z轴上。
透镜20罩设于发光二极管10之上。发光二极管10的基台14收容于透镜20的第一收容槽213中，基台14的底面141与透镜20的支撑部21的底面210平齐，基台14的顶面140抵靠于支撑部21的第一定位面214上，透镜20的四个第一尖角219抵靠基台14的四个角落142。发光二极管10的基座11收容于透镜20的第二收容槽215中，基座11的顶面111抵靠于支撑部21的第二定位面216上，支撑部21的四个第二尖角220抵靠基座11的四个角落112。发光二极管10的出光面134与透镜20的入光面25间隔一定距离从而形成空气间隙。发光二极管10从出光面134出射的光线经透镜20的入光面25射入透镜20的内部，并通过透镜20的出光面230射出。由于透镜20的出光面230相对于zox平面左偏，透镜20的出光面230的中心轴线II相对于发光二极管10的中心轴线I左偏，自发光二极管10的出光面134出射的大部分光线均被透镜20的出光面230向左偏折。由此，本发明的透镜20可将发光二极管10的大部分光线均集中在zox平面的左侧，即发光二极管模组1所发出的光线中分布于zox平面的左侧的光线多于分布于zox平面的右侧的光线。
图5示出发光二极管模组1的等照度分布图，其中位于发光二极管模组1的正下方10米处设置一接收屏，接收屏与xoy平面平行。发光二极管模组1在接收屏上的光形40呈纵长状，光形40的前后方向长度大于光形40的左右方向的宽度，光形40的右侧41内凹，而光形40的左侧42外凸，即在透镜20的偏光作用下，发光二极管10所发出的光线经由透镜20的出光面230射出时，大部分光线集中于zox平面的左侧。
图6示出发光二极管模组1的直角坐标配光曲线图，图6的实线44示出发光二极管模组1在zoy平面的光形分布，图6的实线43示出发光二极管模组1在zox平面的光形分布。结合图6的实线44及图3，将zoy平面位于z轴左侧的角度定义为负值，将zoy平面位于z轴右侧的角度定义为正值，则在透镜20左侧，输出光的光强自中心轴线I(z轴)向左侧首先渐增并在a处(-22.5°时)达到最大，然后再递减并在b处(-45°时)衰减至较弱的水平，在c处(-67.5°时)衰减为十分微弱的水平，进而继续衰减为0。而在透镜20右侧，输出光强则一直保持向右递减的趋势，且在d处(22.5°时)的光强仅为a处的光强的1/2，在e处(45°时)的光强亦小于b处的光强。结合图6的实线43及图4，将zox平面位于z轴前侧的角度定义为负值，将zox平面位于z轴后侧的角度定义为正值，则在透镜20前后两侧光形大致对称，光强则自中心轴线I(z轴)处向前后方向渐增并在g处(约-60°时)及h处(约60°时)达到最大，然后再骤减为0。
如图7所示，发光二极管模组1安装于路灯31(32)上以用于道路照明时，由于透镜20使得发光二极管10的大部分光线均集中向道路34的中心线342的一侧射出，故可减少路灯31(32)的安装臂33的安装倾角α，以满足国家标准对于安装倾角α的要求，同时使发光二极管10发出的光得到有效的利用。

Claims (14)

1.一种发光二极管模组，其包括一发光二极管及一与之搭配的透镜，该发光二极管具有一中心轴线I，该透镜具有一入光面及一出光面，发光二极管发出的光线经由透镜的入光面进入透镜内，并经由透镜的出光面射出，在一个三维直角坐标系o-xyz中，其中o点在发光二极管的中心，x轴与y轴相交于o点，x轴对应于透镜的长度方向，y轴对应于透镜的宽度方向，z轴通过o点且垂直于由x及y轴所共同定义出的xoy平面，发光二极管的中心轴线I与z轴重合，其特征在于：该透镜的出光面具有一中心轴线II，出光面的中心轴线II平行于发光二极管的中心轴线I且位于zox平面的一侧，发光二极管所发出的光线在经过透镜后，分布于zox平面的一侧的光线多于分布于zox平面相对的另一侧的光线。
2.如权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于，该透镜的出光面包括位于中部的一自由曲面及分别位于自由曲面的两侧的两个椭球面。
3.如权利要求2所述的发光二极管模组，其特征在于：该自由曲面沿透镜的长度方向延伸，该自由曲面的宽度自两端向中间逐渐减小，该两个椭球面位于透镜的宽度方向的两侧，且每一椭球面的宽度自两端向中间逐渐增大。
4.如权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于，出光面相对于zoy平面对称，出光面相对于K平面对称，其中K平面位于zox平面的一侧且经过出光面的中心轴线II，K平面与zox平面相互平行。
5.如权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于，入光面为一椭球面，入光面具有一中心轴线，入光面的中心轴线与z轴重合，入光面沿透镜的长度方向相对于zoy平面对称，入光面沿透镜的宽度方向相对于zox平面对称。
6.如权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于，出光面的中心轴线位于zoy平面上。
7.如权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于，该入光面于zox平面的另一侧向透镜内凹陷形成一球面，该球面相对于zoy平面对称。
8.如权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于，该透镜的出光面形成在该透镜的顶部，该透镜的底部设有一凹陷，该透镜的入光面形成在凹陷的内表面上。
9.如权利要求8所述的发光二极管模组，其特征在于，该透镜罩设于发光二极管上，该发光二极管包括一基座、一发光二极管芯片及一封装体，发光二极管芯片设于基座上，封装体包覆于发光二极管芯片上，封装体的外表面形成发光二极管的出光面，发光二极管的出光面与透镜的入光面相互间隔而形成空气间隙。
10.如权利要求9所述的发光二极管模组，其特征在于，该透镜的底部向内凹陷形成一第一收容槽，第一收容槽内形成第一定位面，第一定位面的中部区域进一步向内凹陷形成一第二收容槽，第二收容槽内形成第二定位面，所述凹陷由第二定位面的中部区域再进一步向内凹陷形成，发光二极管的基座于底部向外凸伸形成一基台，基台收容于第一收容槽中，基台的顶面抵靠于第一定位面上，基座收容于第二收容槽中，基座的顶面抵靠于第二定位面上。
11.如权利要求8所述的发光二极管模组，其特征在于，入光面与透镜的底部相交的轮廓线为椭圆，椭圆的长轴沿透镜的宽度方向，椭圆的短轴沿透镜的长度方向，椭圆的中心在z轴上。
12.如权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于，该透镜包括一支撑部、一导光部及位于支撑部与导光部之间的一连接部，连接部的面积小于支撑部的面积，导光部形成于连接部上且偏向于连接部的一侧设置，该透镜的出光面形成在导光部的外表面上。
13.如权利要求1至12任意一项所述的发光二极管模组，其特征在于，该透镜使得发光二极管的光线经由透镜射出后的等照度图呈纵长状，该等照度图的横向一侧内凹，该等照度图的横向另一侧外凸。
14.如权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于，发光二极管的出射角度为120度。
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