CN103162236A - 一种用于多芯片封装大功率led路灯的自由曲面透镜 - Google Patents

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Abstract

一种用于多芯片封装大功率LED路灯的自由曲面透镜，它能提高LED光线的利用率，改进照明分布区域，实现沿道路方向的均匀照明。增加了单个路灯的道路照明覆盖长度，有效减少了路灯的使用数量，以达到节能和节省投资的目的。透镜内侧靠近LED一面为凹形抛物线平移曲面，外侧面为凸形抛物线平移曲面，内外两侧的抛物线所在平面相互垂直。外侧面的抛物线平移曲面向路灯安置后偏向道路的方向倾斜。自由曲面透镜气密封装在路灯灯具的铝基散热器表面，多芯片封装大功率LED由螺丝固定于铝基散热器上，并与自由曲面透镜的底面凹陷的平台贴合。

Description

一种用于多芯片封装大功率LED路灯的自由曲面透镜
技术领域
本发明涉及一种路灯照明光学元件，尤其涉及一种用于多芯片封装大功率LED路灯的自由曲面透镜。
背景技术
路灯是交通照明的重要组成部分，传统的路灯常采用高压钠灯，高压钠灯360度发光，光损失大的缺点造成了能源的巨大浪费。因此，开发新型高效、节能、环保的LED路灯对交通照明节能具有十分重要的意义。　
目前国内外大多采用多颗LED（通常为1W）的光源组合在一个灯具中来满足高亮度照明的要求，这种方式在一定程度上解决了单颗光源亮度不足的问题。但这种工艺存在一定的局限性：灯具制作过程繁琐，生产效率低、可靠性不高；灯具的设计受单管LED排列数量和排布方式的限制，生产的灯具在外形美观和保证性能方面难以兼顾；灯具的二次配光设计复杂，难以满足各类不同照明设计的要求，而且会造成灯具光效降低；数百颗单管LED的连接同一灯具中，必须要求各单管的光电性能参数一致，否则会大大降低的灯具的光电性能和使用性能。
采用多芯片组合封装的大功率LED即可解决以上问题。多芯片组合封装的LED是把多个LED芯片集成在一个发光模块中，以达到100lm/w以上的发光功率。目前用于路灯照明的多芯片封装LED的功率可达到30~50w，因而散热方式多采用LED模块直接固定在大面积的铝基散热器上。
多芯片封装LED一般为正方形，其中LED芯片的数量约为50~80个，外形尺寸约为40x40mm。常用的透镜形状有：凸透镜、凹锥透镜、球镜、菲涅尔透镜以及组合式透镜等。透镜与大功率LED器件的理想装配方法是采取气密性封装，如果受透镜形状所限，也可采取半气密性封装。透镜材料为高透光率的玻璃或亚克力等合成材料。目前的适用于多芯片封装LED的透镜多为轴对称结构，普遍存在照明分布区域不合理的问题，即照明区域为圆形，并且照明强度由圆心向周围递减。这样相当一部分的光线照在了道路外侧，并且在道路上的照明不均匀，导致了在道路上的有效照明范围较小。结果导致需要增加路灯的安置密度，对于道路的建设来说是一个较大的成本负担。
发明内容
为了克服现有多芯片封装大功率LED路灯照明透镜的不足，本发明的目的是提供一种新型的自由曲面照明透镜,它能提高LED光线的利用率，改进照明分布区域，实现沿道路方向的均匀照明。这样增加了单个路灯的道路照明覆盖长度，有效减少了路灯的使用数量，以达到节能和节省投资的目的。
本发明中的自由曲面照明透镜为正方形的多芯片封装大功率LED而设计，其内侧靠近LED一面为凹形抛物线平移曲面，外侧面为凸形抛物线平移曲面，内外两侧的抛物线所在平面相互垂直。外侧面的抛物线平移曲面向一侧倾斜，其倾斜方向为路灯安置后偏向道路的方向。这种自由曲面透镜由火抛表面的硼硅玻璃在高温下用预先加工的合金钢模具直接压型而成，压型后透镜表面无需再抛光，其材料成本和加工成本较低，适于大规模生产。
附图说明
图1是LED路灯灯具的示意图。
图2是自由曲面透镜的示意图。
图3是自由曲面透镜的俯视图，横向剖面图和纵向剖面图。
图4是道路上路灯的分布示意图和模拟照明强度分布示意图。
其中附图标记
1为自由曲面透镜；
2为路灯灯具框架；
3为多芯片封装大功率LED；
4为内测凹形抛物线平移曲面；
5为外侧凸形抛物线平移曲面；
6为路灯；
7为双车道道路；
8为普通轴对称透镜模拟照明强度分布示意图；
9为自由曲面透镜模拟照明强度分布示意图；
10为路灯灯具固定套筒。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对发明作详细说明。但本发明的实施方式不限于此。附图中相同标记表示相同的部件。为了更好的理解，附图中所示的部件是示意性的，它们是按比例绘制的，即该附图的部件不表示真实尺寸，这些真实尺寸对本领域普通技术人员来说都是公知的，因此不做详细描述。
参考图1 是LED路灯灯具的示意图，图2是自由曲面透镜的示意图。其中自由曲面透镜1气密封装在路灯灯具框架2的铝基散热器表面，多芯片封装大功率LED由螺丝固定于铝基散热器上，并与自由曲面透镜1的底面凹陷的平台贴合。图1中路灯灯具固定套筒的反方向即为面向道路的方向。如图2所示，自由曲面透镜外侧的抛物线平移曲面向道路方向倾斜。这里的多芯片封装大功率LED外尺寸为40x40mm, 中心发光面尺寸为30x30mm。自由曲面透镜的底面带有宽度为2~6mm的边裙，用于与灯具的气密性封装。透镜外侧围绕倾斜抛物线平移曲面的各个侧面，都向内倾斜3~10度，用于透镜在高温压型后的拔模。
参考图3。 图3包括左上部的自由曲面透镜俯视图，右边的透镜纵向剖面图和下方的透镜横向剖面图。参考下方的横向剖面图，其透镜靠近LED一面为凹形抛物线平移曲面4。 参考右侧的纵向剖面图，其透镜外侧面为凸形抛物线平移曲面5。曲面5向一侧倾斜，其抛物线的轴与透镜底面垂直面的夹角在10度到30度之间。透镜外侧抛物线平移曲面倾斜的目的主要是为了使光投射到道路方向，并减小路灯深入道路灯杆的长度。
参考图4。这里以图上方的双车道的道路路灯布局图为例，路灯6间隔分布在双车道道路7两侧，单侧道路路灯间隔为40米，道路宽度为8米。如果路灯都采用普通轴对称照明透镜，其路灯在道路上的模拟照明强度分布如8所示，可以看出，照明分布不均匀，并且照明强度由圆心向周围递减，导致了在道路上的有效照明范围较小。如果路灯都采用本发明提供的自由曲面透镜，则模拟照明强度分布如9所示，可以看到，照明沿道路方向分布均匀，最大限度的合理利用了LED光源。
上述实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不受所述实施例的限制，任何其他未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变，修饰，替代，组合，简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于多芯片封装大功率LED路灯的自由曲面透镜, 其特征在于，透镜内侧靠近LED一面为凹形抛物线平移曲面，外侧面为凸形抛物线平移曲面，内外两侧的抛物线所在平面相互垂直，外侧面的抛物线平移曲面向一侧倾斜，倾斜方向为路灯安置后偏向道路的方向。
2.根据权利要求1所述的自由曲面透镜，其特征在于，透镜由火抛表面的硼硅玻璃预形体在高温下用合金钢模具直接压型而成。
3.根据权利要求1和权利要求2所述的自由曲面透镜，其特征在于，透镜的底面带有宽度为2~6mm的边裙，用于与灯具的气密性封装。
4.根据上述权利要求中任意一项所述的自由曲面透镜，其特征在于，透镜外侧围绕倾斜抛物线平移曲面的各个侧面，都向内倾斜3~10度，用于透镜在高温压型后的拔模。
5.根据上述权利1所述的的LED路灯，其特征在于，自由曲面透镜气密封装在路灯灯具的铝基散热器表面，多芯片封装大功率LED由螺丝固定于铝基散热器上，并与自由曲面透镜的底面凹陷的平台贴合。
6.根据上述权利要求中1到4所述的的自由曲面透镜，其特征在于，外侧曲面抛物线的轴与透镜底面垂直面的夹角在10度到30度之间。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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