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Abstract

一种发光二极管模组，包括发光二极管及与其搭配的透镜，该透镜包括凸透镜部分及形成于凸透镜部分的外周的导光部分，凸透镜部分包括一第一入射面及其背向的一第一出射面，导光部分包括与第一入射面衔接的第二入射面、位于导光部分外周的全反射面及与凸透镜部分的第一出射面朝向相同的第二出射面，第一入射面与第二入射面形成一供发光二极管置入的凹入腔室，凸透镜部分和导光部分可将发光二极管的光线偏向发光二极管的光轴方向导引。本发明中的透镜采用凸透镜部分与导光部分相互配合的方式调节发光二极管发出的光线，可调整经过透镜的大角度光线偏向光轴方向，使发光二极管的光线收拢，易于调控其指向性出旋光性能，产生使人舒适的光照效果。

Description

透镜及其应用的发光二极管模组
技术领域
本发明涉及一种光学元件及发光模组，特别是指一种透镜及应用该透镜的发光二极管模组。
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。
目前应用发光二极管的灯具的设计难点在于二次光学设计。目前常见的使用聚光透镜的聚光型照明灯具，其照射图案的亮度不均，出现明暗相间的现象。这种亮度不均的光照多有使人不适，容易引起人的视觉疲劳。如何使发光二极管灯具提供视觉舒适的照明效果，直接关系到其在各照明场合的适用程度，是其应用推广的很重要的因素，因此，业者对此问题多有关注。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有良好光照效果的发光二极管模组及其透镜。
一种透镜，用于导控发光二极管发出的光线，该透镜包括凸透镜部分及形成于凸透镜部分的外周的导光部分，凸透镜部分包括一第一入射面及与第一入射面背向的第一出射面，导光部分包括与第一入射面衔接的第二入射面、位于导光部分外周的全反射面及与凸透镜部分的第一出射面朝向相同的第二出射面，第一入射面与第二入射面形成一凹入腔室，凸透镜部分和导光部分将发光二极管的光线向发光二极管的光轴方向导引。
一种发光二极管模组，包括发光二极管及与其搭配的透镜，该透镜包括正对发光二极管的凸透镜部分及形成于凸透镜部分的外周的导光部分，凸透镜部分包括朝向发光二极管凸出的一第一入射面及背向发光二极管凸出的一第一出射面，导光部分包括围设发光二极管而与第一入射面衔接的第二入射面、位于导光部分外周的全反射面及与凸透镜部分的第一出射面朝向相同的第二出射面，第一入射面与第二入射面形成一供发光二极管置入的凹入腔室，凸透镜部分和导光部分将发光二极管的光线向发光二极管的光轴方向导引。
与现有技术相比，本发明发光二极管模组中的透镜采用凸透镜部分与外周的导光部分相互配合的方式调节发光二极管发出的光线，可调整经过透镜的大角度光线偏向光轴方向，使发光二极管的光线收拢，易于调控其指向性出旋光性能，产生使人舒适的光照效果。下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1为本发明一实施例的发光二极管模组中的透镜的立体示意图。
图2为图1中的透镜的另一视角的立体示意图。
图3为本发明一实施例的发光二极管模组的剖示示意图。
图4为本发明一实施例中的透镜的第一出射面的曲率变化图。
主要元件符号说明
  发光二极管   10
  基座   101
  发光二极管芯片   102
  封装体   103
  电路板   12
  透镜   20
  凸透镜部分   22
  第一入射面   221
  第一出射面   223
  底端   224
  顶端   225
  导光部分   24
  第二入射面   241
  全反射面   242
  第二出射面   243
  第三入射面   246
  凹入腔室   25
  固定脚   26
  固定槽   27
具体实施方式
请参阅图1-3，本发明一实施例中的发光二极管模组包括一发光二极管10及罩设在发光二极管10上的一透镜20。发光二极管10具有一光轴I。透镜20包括正对发光二极管10的凸透镜部分22及形成于凸透镜部分22的外周的导光部分24。凸透镜部分22包括朝向发光二极管10凸出的一第一入射面221及背向发光二极管10凸出的一第一出射面223。导光部分24包括围设发光二极管10的第二入射面241及位于导光部分外周的全反射面242。凸透镜部分22和导光部分24均可将发光二极管10发出的光偏向光轴I方向导引。
发光二极管10可通过表面安装等方式固定在电路板12上。基于不同的光照需求，可采用不同功率的发光二极管10。发光二极管10包括基座101、固定于基座101上的发光二极管芯片102及罩置所述发光二极管芯片102的透明封装体103。
透镜20由光学性能佳的透明材料一体成型，如PMMA或PC等塑料，使整个发光二极管模组的出光效率达到90％以上。
本实施例中，凸透镜部分22位于透镜20的中央位置，但不排除凸透镜部分22在其他实施例中实施在透镜20的非中央位置。透镜20的凸透镜部分22和导光部分24均为旋转对称体，并具有重合的对称轴。优选地，将透镜20罩设在发光二极管10上时，可使发光二极管10的光轴I与凸透镜部分22、导光部分24的对称轴重合。
凸透镜部分22的第一入射面221优选地为一球面，且在一些实施例中其曲率可为0.04mm-1。第一出射面223优选地为一非球面。请同时参考图4，图中的曲线示出了一些实施例中的第一出射面223从顶端225，也即中央，到底端224，也即周缘的曲率变化趋势。其中，横坐标表示第一出射面223在图3中的截线上从顶端225到底端224的各个位置，顶端225的横坐标为0，底端224的横坐标为1，纵坐标表示曲率值。可以看出，沿着从顶端225到底端224的方向，第一出射面223的曲率先逐渐增大然后逐渐减小，再逐渐增大，形成一个大致呈N形的变化趋势。顶端225处的曲率最小，为0.0083mm-1，底端224处的曲率最大，为0.1964mm-1。
第一入射面221在水平面上的投影的直径小于第一出射面223在水平面上的投影的直径，且第一出射面223的底端224所在的水平面低于第一入射面221上的任一位置所在的水平面，也即第一入射面221的底端，即中央，高于第一出射面223的底端224。
导光部分24的外形整体大致呈一倒置的圆台状，即圆台的大端朝上，小端朝下。导光部分24中空并设凸透镜部分22于其内。导光部分24的底部、凸透镜部分22的下方形成一容置发光二极管10的凹入腔室25。导光部分24底部的内侧面即为所述第二入射面241，该第二入射面241与凸透镜部分22的第一入射面221相衔接，凹入腔室25即由第二入射面241与第一入射面221共同围设而成。第二入射面241优选地为一圆柱面。
导光部分24的外侧面即为全反射面242，该全反射面242为一锥面。导光部分24还包括位于其顶部的一呈平坦圆环状的第二出射面243及与第二出射面243垂直的第三入射面246。凸透镜部分22的第一出射面223的顶端高于该第二出射面243。凸透镜部分22的第一入射面221、第一出射面223及导光部分24的第二出射面243之间设置成上述具体位置关系，可使透镜20的结构紧凑，体积减小。
该第三入射面246即为导光部分24顶部的内侧面。第三入射面246为一内圆柱面，并将第一出射面223和第二出射面243相连。
发光二极管10发出的光线穿设透镜20后，95％的光线集中在偏离光轴I的30度范围内，即光线经过透镜20后的出光角大致为60度。光线的偏离角度在大约2025度时，其光强开始急剧下降。自发光二极管10以小角度(小于或等于40度)出射的光线(如图3中的光线a)经凸透镜部分22的第一入射面221和第一出射面223两次折射后，以更加偏向光轴I的角度射出。第一出射面223的曲率存在上述的变化趋势，并在其底端224具有最大的曲率，可使发光二极管10出射角度相对较大的光线更有效的偏向光轴I。自发光二极管10以大角度(大于40度)出射的光线(如图3中的光线b)先经导光部分24的第二入射面241折射，然后经全反射面242反射，再经第二出射面243折射，也以更加偏向光轴I的角度射出。与经过凸透镜部分22的光线相比，经过导光部分24的光线的出射角改变程度更大。由于仅有少部分光线经过凸透镜部分22的第一出射面223后再进入导光部分24的第三入射面246，因此第三入射面246对整体发光二极管模组的出光效果影响小。
经过计算机软件测试后，上述发光二极管模组形成的照射区域内其照度分布从中心到外围逐渐减小，均匀变化，其均匀度得到有效的提升。与传统的发光二极管模组形成的照射区域相比，该照射区域不存在明暗相间的光照，因而产生了更适合照明的光照效果。
本发明上述实施例中的大角度及小角度是以40度为界限进行划分的，应当指出，该40度不应理解为是对大角度及小角度的范围所作出的限定，其仅是一个具体的实施方式。实际上，在20～45度范围内的任何角度都可作为划分大角度及小角度的界限。
另，本文所称曲率均是指以图3的截面为基础进行测算的，即是说，上述各曲率均是指图3的截面内的曲率。可以理解地，各曲率数值均可以为导光效果而做出合理性调整。
上述实施例中的发光二极管模组其透镜20可根据电路板12上的发光二极管10的数量和排布方式作不同变更，例如，可以排列成矩阵、圆形、线性等不同状态。为方便定位及固定透镜20，可于导光部分24的底部朝向发光二极管10的方向凸设一对固定脚26，该固定脚26可卡设于发光二极管10的外围。此外，还可于导光部分24的顶部外侧缘环设一固定槽27，用于将压板等元件设置在透镜20的顶部。

Claims (11)

1.一种透镜，用于导控发光二极管发出的光线，其特征在于：该透镜包括凸透镜部分及形成于凸透镜部分的外周的导光部分，凸透镜部分包括一第一入射面及与第一入射面背向的第一出射面，导光部分包括与第一入射面衔接的第二入射面、位于导光部分外周的全反射面及与凸透镜部分的第一出射面朝向相同的第二出射面，第一入射面与第二入射面形成一凹入腔室，凸透镜部分和导光部分将发光二极管的光线向发光二极管的光轴方向导引。
2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述第一入射面为球面，所述第一出射面为非球面。
3.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：所述第一出射面的曲率遵循由中央向周缘先增大后减小，然后再增大的趋势变化，并且第一出射面的曲率在中央处的曲率最小，在周缘处最大。
4.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：所述第一入射面的曲率为0.04，所述第一出射面的最小曲率为0.0083，最大曲率为0.1964。
5.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述第二入射面为内圆柱面，所述全反射面为锥面。
6.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述第二出射面为平坦的环面。
7.如权利要求6所述的透镜，其特征在于：所述导光部分还包括连接第一出射面和第二出射面的内圆柱面。
8.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述导光部分的外侧缘环设有固定槽。
9.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述导光部分朝向发光二极管的方向凸设有固定脚。
10.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述凸透镜部分的第一出射面的中央高于导光部分的第二出射面，且所述凸透镜部分的第一入射面的中央高于第一出射面的周缘。
11.一种发光二极管模组，包括发光二极管及与其搭配的透镜，其特征在于：该透镜为权利要求1-10中任一项所述的透镜，该透镜的凸透镜部分正对发光二极管，该第一入射面朝向发光二极管凸出，该第一出射面背向发光二极管凸出，该发光二极管置入透镜的凹入腔室内。
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