CN102444861B

CN102444861B - Led透镜及含有该led透镜的led灯具

Info

Publication number: CN102444861B
Application number: CN 201110366314
Authority: CN
Inventors: 赵宇波; 焦丽华; 郭雅群
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Hanmoni (Jiangsu) Photoelectric Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2031-11-17
Also published as: CN102444861A

Abstract

一种LED透镜，具有底面、顶面及弧形侧面，底面形成有LED收容槽；顶面与所述底面相对设置，所述顶面形成有与所述LED收容槽相对的倒圆锥形凹槽，所述倒圆锥形凹槽的侧壁为全反射面；弧形侧面位于所述底面与所述顶面之间；其中，LED发射的光线从所述LED收容槽的侧壁折射到所述LED透镜内，一部分光线被所述倒圆锥形凹槽的侧壁反射，另一部分光线直接从所述弧形侧面折射出。上述LED透镜的LED收容槽及倒圆锥形凹槽构成二次光学结构，从而将点光源转换为面光源，并且经过多次反射和折射后，使得LED透镜的出光较为均匀。本发明还提供一种含有上述LED透镜的LED灯具。

Description

LED透镜及含有该LED透镜的LED灯具

【技术领域】

本发明涉及一种透镜，特别是涉及一种LED透镜及含有该LED透镜的LED灯具。

【背景技术】

LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点。在全球能源短缺日益严重的今天，LED的在照明方面的应用备受关注，已经涌现出一系列犹如LED面板灯之类的产品。LED面板灯的产生是在背光的基础上衍生出来的一种均匀性较好的照明灯具，实现光线均匀、柔和、明亮、无眩光。

现阶段LED面板灯主要是直射式、侧入式和混合式。

照度和均匀度作为考验LED面板灯的重要指标，在原理方面来看，侧发光面板灯的主件是导光板，在导光板上印刷大小随着一定规律变化的散射网点，是的光线扩散成面光源，但其由于使用了导光板，光效率低，使得其成本高，以及散热严重而导致的光衰。在实施方面来看，直射式可行性更好，工艺简单而且不需要导光板，阵列LED后进过扩散板后可以形成良好的面光源出射。但是直射式LED灯在提高均匀度的同时，会增加灯具的总厚度。

为了降低混光区域的厚度，采用LED透镜重新分配光线的分布，使LED光源的光斑扩散开来。然而，传统的LED透镜的出光不够均匀。

【发明内容】

鉴于上述状况，有必要提供一种出光较为均匀的LED透镜。

一种LED透镜，具有：

底面，形成有LED收容槽；

顶面，与所述底面相对设置，所述顶面形成有与所述LED收容槽相对的倒圆锥形凹槽，所述倒圆锥形凹槽的侧壁为全反射面；及

弧形侧面，位于所述底面与所述顶面之间；

其中，LED发射的光线从所述LED收容槽的侧壁折射到所述LED透镜内，一部分光线被所述倒圆锥形凹槽的侧壁反射，另一部分光线直接从所述弧形侧面折射出。

进一步地，所述LED透镜包括半球形的本体。

进一步地，所述LED透镜还包括设于所述本体的小头端的倒圆台形的凸台，所述顶面形为所述凸台的大头端的端面。

进一步地，所述LED收容槽为圆台形，其小头端靠近所述倒圆锥形凹槽设置。

进一步地，所述凸台、本体、倒圆锥形凹槽、LED收容槽的对称轴共线。

进一步地，所述倒圆锥形凹槽的侧壁形成有菲涅尔凸起结构。

进一步地，所述菲涅尔凸起结构为多个同心的台阶状的圆环凸起或多个同心的锯齿状的圆环凸起。

进一步地，所述LED透镜还包括设于所述本体的大头端的圆盘形的固定部，所述底面为所述固定部的外侧面。

同时，本发明还提供一种LED灯具。

一种LED灯具，包括：

多个上述LED透镜，呈阵列排布；

多个LED，分别收容于所述多个LED透镜的LED收容槽内；及

扩散板，设于所述多个LED透镜的顶面所在一侧。

进一步地，还包括位于所述多个LED透镜的LED收容槽所在一侧、且与所述多个LED电连接的PCB板或/及位于所述多个LED透镜的LED所在一侧的保护板。

上述LED透镜的LED收容槽及倒圆锥形凹槽构成二次光学结构，从而将点光源转换为面光源，并且经过多次反射和折射后，使得LED透镜的出光较为均匀。

【附图说明】

图1为本发明实施方式一的LED灯具的示意图；

图2为图1所示LED灯具的LED透镜的立体图；

图3为图2所示LED透镜的剖面图；

图4为图1所示的LED灯具的LED透镜的配光曲线图；

图5为图1所示的LED灯具的LED透镜的照度光斑示意图；

图6为本发明实施方式二的LED透镜的示意图；

图7为图6所示LED透镜的剖面图；

图8为本发明实施方式三的LED透镜的示意图；

图9为图8所示LED透镜的剖面图。

【具体实施方式】

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明实施方式一的LED灯具10包括LED透镜100、LED 200、扩散板300及PCB板400。

LED透镜100为多个，呈阵列排布，例如，可呈多个同心的圆环排布，矩形阵列式排布，多个并列的圆环式排布等。

请参阅图2及图3，LED透镜100具有底面101、顶面103及弧形侧面105。底面101与顶面103相对设置。LED透镜100在底面101上形成有LED收容槽102。LED透镜100在顶面103形成有与LED收容槽102相对的倒圆锥形凹槽104。倒圆锥形凹槽104的侧壁为全反射面。弧形侧面105位于底面101与顶面103之间，弧形侧面105为LED透镜100的出光面。其中，LED 200发射的光线从LED收容槽102的侧壁折射到LED透镜100内，一部分光线被倒圆锥形凹槽104的侧壁反射，另一部分光线直接从弧形侧面105折射出。

具体在本实施方式中，LED透镜100包括本体110、凸台130及固定部150。本体110为半球形。需要说明的是，在此“半球形”包括“半椭圆形”及“半梭形”。凸台130为倒圆台形，其小头端与本体110连接。固定部150为圆盘状，其设于本体110的大头端。固定部150的直径与本体110的大头端的端面的直径相等。其中，底面101为固定部的外侧面，顶面103为凸台130的大头端的端面。

LED收容槽102为圆台形，其小头端靠近倒圆锥形凹槽104设置。LED收容槽102的大头端的周缘形成有多个卡槽1021。卡槽1021与LED的基板相卡持。具体在本实施方式中，卡槽1021为四个，呈中心对称地设于LED收容槽102的大头端的周缘。

进一步地，为了提高LED透镜100的出光均匀性，凸台130、本体110、倒圆锥形凹槽104、LED收容槽102的对称轴共线。

另外，为了提高LED透镜100的光线利用率，底面101也可为全反射面，使LED发射的光线经过底面101及倒圆锥形凹槽104的侧壁多次全反射后，最终从弧形侧面105折射出。例如，在底面101涂覆一层荧光层，以形成全反射面。

请再次参阅图1，多个LED 200分别收容于多个LED透镜100的LED收容槽102内。扩散板300设于LED透镜100的顶面103所在一侧。LED 200发射的光线经过LED透镜100折射后，再次被扩散板300扩散，以使LED灯具10的出光更加均匀。

PCB板400位于LED透镜100的LED收容槽102所在一侧，且与LED200电连接。PCB板400可提高LED灯具10的支撑强度，以防止LED灯具10在外力作用下震动，从而影响LED灯具10内部的LED透镜100的出光效率。

需要说明的是，PCB板400也可采用保护板来代替，或者，在PCB板400的外侧再设置一保护板，以提高LED灯具10的支撑强度。另外，为了提高光线利用率，保护板的靠近LED 200的侧面可以粘贴反光膜。

LED 200的数目可以与LED透镜100一一对应，也可采用多个LED 200收容于一个LED透镜100的LED收容槽102内。LED 200可以为白光、红光、蓝光等，其可单独使用，或者形成混合光。

另外，扩散板300不限于一个，也可为多个扩散板300平凑起来，其中每一个扩散板300对应一个LED透镜100，以方便调整LED灯具10的出光面的大小，从而适用于不同尺寸的LED灯具10。

上述LED透镜100的LED收容槽102及倒圆锥形凹槽104构成二次光学结构，从而将LED 200点光源转换为面光源。

请参阅图4及图5，通过仿真测试来验证LED透镜100的出光均匀性。其中，图4为LED透镜100的配光曲线图，即透过LED透镜100的光线的光强在空间的分布情况；图4采用极坐标，外围数值表示光照强度，是光强在90度迫切面的强度的切片。由图4可知，透过LED透镜100的光线的光强在空间呈对称分布，光照角度在180度的平面上，光线被打散开。图5为LED透镜100的照射方向的照度光斑，其照射光斑的半径待遇30毫米，图中不同的颜色深度表示不同的照度值，颜色越浅，表示亮度越高；右边对照图表示不同颜色深度的照度等级。由图5可知，LED透镜100的照射方向的照度光斑呈两边逐渐变暗的变化趋势。

相较于现有技术，上述LED灯具10至少具有以下优点：

(1)上述LED透镜100的LED收容槽102及倒圆锥形凹槽104构成二次光学结构，从而将LED 200点光源转换为面光源，其能耗低。

(2)LED 100透镜的透射面采用凹凸曲面和柱形面结合，较传统把LED芯片作为点光源处理，提高LED的表面发出的光利用率。

(3)LED 100透镜及LED 200组合阵列中，可将LED 200采用红光或其它颜色光，以提高LED灯具10的显色性和色温。

(4)LED灯具10采用阵列排布的LED透镜100，并采用对应的LED光源，使得LED灯具10的厚度很小，具有薄的特点。

(5)与传统的LED灯具采用导光板相比，LED透镜100尺寸更小，成本更低，使得LED灯具整体重量更轻，成本更低。

(6)LED灯具10只需根据实际要求选择相应数目的LED透镜100及LED200阵列，从而可实现任意尺寸的灯具照明。

请参阅6及图7，本发明实施方式二的LED透镜500与实施方式一的LED透镜100相似，其不同之处在于：LED透镜500省略了凸台及固定部，并且顶面503为本体510的小头端的端面，底面501为本体510的大头端的端面。

请参阅图8及图9，本发明实施方式三的LED透镜600与实施方式一的LED透镜100相似，其不同之处在于：LED透镜600省略了固定部，并且倒圆锥形凹槽604的侧壁上形成有菲涅尔凸起结构6041。具体在本实施方式中，菲涅尔凸起结构6041为多个同心的锯齿状的圆环凸起。

需要说明的是，菲涅尔凸起结构6041不限于为锯齿状的圆环凸起，也可为多个同心的台阶状的圆环凸起、多个同心的横截面为半圆形的圆环凸起等。

可以理解，上述LED透镜不仅限应用于LED灯具10上，也可以应用于其他装置上，例如，汽车的尾灯、手电筒、交通指示灯、广告牌等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种LED透镜，其特征在于，所述LED透镜具有：

底面，形成有LED收容槽；

弧形侧面，位于所述底面与所述顶面之间；

其中，LED发射的光线从所述LED收容槽的侧壁折射到所述LED透镜内，一部分光线被所述倒圆锥形凹槽的侧壁反射，另一部分光线直接从所述弧形侧面折射出；

所述倒圆锥形凹槽的侧壁形成有菲涅尔凸起结构，所述底面为全反射面，使所述LED发射的光线经过所述底面及所述倒圆锥形凹槽的侧壁多次全反射后，最终从所述弧形侧面折射出。

2.如权利要求1所述的LED透镜，其特征在于，所述LED透镜包括半球形的本体。

3.如权利要求2所述的LED透镜，其特征在于，所述LED透镜还包括设于所述本体的小头端的倒圆台形的凸台，所述顶面形为所述凸台的大头端的端面。

4.如权利要求3所述的LED透镜，其特征在于，所述LED收容槽为圆台形，其小头端靠近所述倒圆锥形凹槽设置。

5.如权利要求4所述的LED透镜，其特征在于，所述凸台、本体、倒圆锥形凹槽、LED收容槽的对称轴共线。

6.如权利要求1所述的LED透镜，其特征在于，所述菲涅尔凸起结构为多个同心的台阶状的圆环凸起或多个同心的锯齿状的圆环凸起。

7.如权利要求2所述的LED透镜，其特征在于，所述LED透镜还包括设于所述本体的大头端的圆盘形的固定部，所述底面为所述固定部的外侧面。

8.一种LED灯具，其特征在于，包括：

多个如权利要求1~7任一项所述的LED透镜，呈阵列排布；

多个LED，分别收容于所述多个LED透镜的LED收容槽内；及

扩散板，设于所述多个LED透镜的顶面所在一侧。

9.如权利要求8所述的LED灯具，其特征在于，还包括位于所述多个LED透镜的LED收容槽所在一侧、且与所述多个LED电连接的PCB板或/及位于所述多个LED透镜的LED所在一侧的保护板。