CN109630920A - 一种新型光学器件及实现方法及应用 - Google Patents

一种新型光学器件及实现方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型光学器件，包括光学器件本体，光学器件本体设置第一区域和第二区域，第一区域上部为第二区域，第二区域表面设置有若干微结构，微结构为中空结构，微结构内填充介质。本发明还公开了一种新型光学器件的实现方法。本发明还公开了一种新型光学器件的应用。本发明具有结构简单、造价便宜、生产效率高、劳动强度低、透光率高、节约能源等特点。

Description

一种新型光学器件及实现方法及应用
技术领域
本发明涉光学器件技术，具体来说是一种新型光学器件及实现方法及应用。
背景技术
随着白炽灯的逐步消失。作为可以直接代替白炽灯的LED球泡灯将迎来春天。由于白炽灯及电子节能灯在人们的日常使用中仍占据着非常高的比例，为了减少浪费，LED照明制造厂商必须开发符合现有接口和人们使用习惯的 LED照明产品，使得人们在不需要更换原传统灯具基座和线路的情况下就可使用新一代的LED照明产品。于是LED球泡灯就应运而生。LED球泡灯采用了现有的接口方式，即螺口、插口方式(E26\E27\E14\B22\GU10等)，甚至为了符合人们的使用习惯模仿了白炽灯泡的外形。基于LED单向性的发光原理，设计人员在灯具结构上做了更改使得LED球泡灯的配光曲线基本与白炽灯的点光源性趋同。基于LED的发光特性，LED球泡灯的结构要相对白炽灯复杂，基本分为光源、驱动电路、散热装置，这些部分的共同配合才能造就低能耗、长寿命、高光效和环保的LED球泡灯产品。所以说LED照明产品在目前来讲，仍然是技术含量较高的高科技照明产品。一般公司没有完整的开发团队和足够的开发经验以及后续的供应链管理能力，很难真正开发成功，加之对市场要求认识不明确，存在以下几个缺点：
光分布：空间亮度分布不均匀，造成很强的眩晕感；
组装：组装程序复杂，无法实现自动化生产；
光效：光学器件设计不理，造成光效自损严重。
发明内容
本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、造价便宜、生产效率高、劳动强度低、透光率高、节约能源的新型光学器件。
本发明另一目的在于提供一种新型光学器件的实现方法。
本发明再一目的在于提供一种新型光学器件的应用。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种新型光学器件，包括光学器件本体，光学器件本体设置第一区域和第二区域，第一区域上部为第二区域，第二区域表面设置有若干微结构，微结构为中空结构，微结构内填充介质。
所述介质填满微结构。
所述光学器件本体为塑料、硅胶或玻璃制成。
所述介质直径为2um～10um。
所述介质材质为二氧化硅、压克力或丙烯酸树。
所述光学器件本体为圆形结构，光学器件本体中上部设有微结构。
上述的新型光学器件的实现方法，包括以下步骤：
(1)、ES2.0目标光分布：在0°到135°区间内每隔5°取一个光强值，所有光强值中90％以上的光强值不能偏离光强平均值的35％，剩余光强值不能低于60％，135°-180°区间内的光通量不能低于0°-180°区间内光通量的 5％；
(2)、光源设置：LED芯片均匀分布在LED基板上并设置在光学器件下方， LED芯片分布呈线性排列，使的LED芯片产生的热量快速传递到外壳表面；
(3)、3D建模：光学器件本体材质为高透光材质，第二区域表面设置有微结构，且均匀分布，微结构内部为中空设计，填充直径为2um～10um的介质，光线穿过微结构时发生散射；调整微结构外表面的半径使得散射出来的光线朝着目标方向散射；
(4)、微结构内部填充其直径大小2um～10um的介质，因介质和光学器件材质两者折射率存在差异，根据光线的入射定律其光线穿过两种不同材质分界面会发生多次反射、折射；
(5)、调整光学器件本体尺寸、介质的浓度、微结构外表面的半径三个参数，使得LED芯片发出的光线朝着目标光分布散射。
所述光学器件本体为圆形，步骤(5)调整光学器件本体球面半径、介质的浓度、微结构外表面的半径三个参数。
所述介质填满微结构；光学器件本体为塑料、硅胶或玻璃制成；介质材质为二氧化硅、压克力或丙烯酸树。
上述的新型光学器件的应用，光学器件应用在LED灯，光学器件下方设置 LED灯。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
1、本发明中的包括光学器件本体，光学器件本体设置第一区域和第二区域，第一区域上部为第二区域，第二区域表面设置有若干微结构，微结构为中空结构，微结构内填充介质；具有结构简单、造价便宜、生产效率高、劳动强度低、透光率高、节约能源等优点。
2、光学器件本体材质为高透光材质，形状为球形，其上表面设计微结构，使得光线穿过光学器件时，上表面区域的光强低于下表面光强，可以满足 ES2.0目标光分布要求。
3、本发明中的微结构内部为中空设计，填充满介质。因介质和光学器件材质两者折射率存在差异，根据光线的入射定律其光线穿过两种不同材质分界面会发生多次反射、折射，光线最终朝着目标光分布均匀发散，起到防眩作用。
4、本发明实际应用时，操作工艺简单，螺丝组装，降低生产中对装配精度的要求，生产成本降低。
附图说明
图1为一种新型光学器件的结构示意图；
图2为一种新型光学器件的实现方法示意图；
图3为本发明中微结构处的结构示意图。
图中标号与名称如下：
1 光学器件本体 2 第一区域
3 微结构 4 介质
5 LED基板
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1～3所示，一种新型光学器件，包括光学器件本体，光学器件本体设置第一区域和第二区域，第一区域上部为第二区域，第二区域表面设置有若干微结构，微结构为中空结构，微结构内填充介质；微结构可以为圆形、圆弧、圆柱等结构，本实施例中微结构为圆弧结构，图中箭头所指位置为光线方向位置。
本实施例中的介质填满微结构；光学器件本体为塑料、硅胶或玻璃制成，本实施例采用塑料制成。介质直径为2um～10um，介质材质为二氧化硅、压克力或丙烯酸树；本实施例介质直径为2um，介质材质为二氧化硅。
本实施例光学器件本体为圆形结构，光学器件本体中上部设有微结构。本实施例中R表示光学器件本体半径。
上述的新型光学器件的实现方法，包括以下步骤：
(1)、ES2.0目标光分布：在0°到135°区间内每隔5°取一个光强值，所有光强值中90％以上的光强值不能偏离光强平均值的35％，剩余光强值不能低于60％，135°-180°区间内的光通量不能低于0°-180°区间内光通量的 5％；
(2)、光源设置：LED芯片均匀分布在LED基板上并设置在光学器件下方， LED芯片分布呈线性排列，使的LED芯片产生的热量快速传递到外壳表面；
(3)、3D建模：光学器件本体材质为高透光材质，第二区域表面设置有微结构，且均匀分布，微结构内部为中空设计，填充直径为2um～10um的介质，光线穿过微结构时发生散射；调整微结构外表面的半径(r)使得散射出来的光线朝着目标方向散射；
(4)、微结构内部填充其直径大小2um～10um的介质，因介质和光学器件材质两者折射率存在差异，根据光线的入射定律其光线穿过两种不同材质分界面会发生多次反射、折射；
(5)、调整光学器件本体尺寸、介质的浓度、微结构外表面的半径三个参数，使得LED芯片发出的光线朝着目标光分布散射。
步骤(5)调整光学器件本体球面半径、介质的浓度、微结构外表面的半径三个参数。具体的为调整光学器件的球面半径为R＝30mm、介质的浓度900000 个/m3、微结构外表面的半径r＝0.2mm，使得LED芯片发出的光线朝着目标光分布散射，满足ES2.0光分布要求。
本实施例中光线穿过微结构时发生散射，调整微结构外表面的半径使得散射出来的光线朝着目标方向散射。
上述的新型光学器件的应用，光学器件应用在LED灯，光学器件下方设置 LED灯。
采用上述结构和方法，可以大幅度提升光学透光率，减少眩晕效果和降低成本，采用创新的微结构设计，和内部填充介质设计。使得光线均匀柔和，满足低眩光要求，且光学透光率高达90％，使得组装工序简单，生产成本节省 10％-30％。
实施例2：
本实施例与实施例1不同之处在于：光学器件本体为硅胶制成，介质直径为10um，介质材质为丙烯酸树。
对比实施例：
本实施例采用3种直下式结构对比，1～2种结构为现有技术中的光学结构，大致结构如下：
(1)、LED基板+泡壳；光学透光率74％，均匀度80％；
(2)、LED基板+内透镜+泡壳；光学透光率80％，均匀度60％；
第3种结构为实施例1中的结构，对比数据如下表：
实现方式 整灯尺寸 角度 光学透光率 均匀度 防眩 整灯成本
(1) A60 122 94％ 80％ 无 高
(2) A60 154 89％ 90％ 无 低
(3) A60 220 98％ 95％ 有 低
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型光学器件，其特征在于：包括光学器件本体，光学器件本体设置第一区域和第二区域，第一区域上部为第二区域，第二区域表面设置有若干微结构，微结构为中空结构，微结构内填充介质。
2.根据权利要求1所述的新型光学器件，其特征在于：所述介质填满微结构。
3.根据权利要求1所述的新型光学器件，其特征在于：所述光学器件本体为塑料、硅胶或玻璃制成。
4.根据权利要求1或2所述的新型光学器件，其特征在于：所述介质直径为2um～10um。
5.根据权利要求4所述的新型光学器件，其特征在于：所述介质材质为二氧化硅、压克力或丙烯酸树。
6.根据权利要求1所述的新型光学器件，其特征在于：所述光学器件本体为圆形结构，光学器件本体中上部设有微结构。
7.根据权利要求1～6任一项所述的新型光学器件的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、ES2.0目标光分布：在0°到135°区间内每隔5°取一个光强值，所有光强值中90％以上的光强值不能偏离光强平均值的35％，剩余光强值不能低于60％，135°-180°区间内的光通量不能低于0°-180°区间内光通量的5％；
(2)、光源设置：LED芯片均匀分布在LED基板上并设置在光学器件下方，LED芯片分布呈线性排列，使的LED芯片产生的热量快速传递到外壳表面；
(3)、3D建模：光学器件本体材质为高透光材质，第二区域表面设置有微结构，且均匀分布，微结构内部为中空设计，填充直径为2um～10um的介质，光线穿过微结构时发生散射；调整微结构外表面的半径使得散射出来的光线朝着目标方向散射；
(4)、微结构内部填充其直径大小2um～10um的介质，因介质和光学器件材质两者折射率存在差异，根据光线的入射定律其光线穿过两种不同材质分界面会发生多次反射、折射；
(5)、调整光学器件本体尺寸、介质的浓度、微结构外表面的半径三个参数，使得LED芯片发出的光线朝着目标光分布散射。
8.根据权利要7所述的新型光学器件的实现方法，其特征在于：所述光学器件本体为圆形，步骤(5)调整光学器件本体球面半径、介质的浓度、微结构外表面的半径三个参数。
9.根据权利7所述的新型光学器件的实现方法，其特征在于：所述介质填满微结构；光学器件本体为塑料、硅胶或玻璃制成；介质材质为二氧化硅、压克力或丙烯酸树。
10.根据权1～6所述的新型光学器件的应用，其特征在于：光学器件应用在LED灯，光学器件下方设置LED灯。
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