CN201237103Y - 适用于路灯的大功率led - Google Patents

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    • G02B27/0955—Lenses

Abstract

适用于路灯的大功率LED，涉及光学照明领域。现有技术存在光损失大、灯具效率低的缺陷，本实用新型包括导热支架、设于导热支架上的LED芯片和设于LED芯片发光光路上的透光介质层，所述的透光介质层至少包括一透镜，该透镜的顶面包括平滑连接的非球面和曲面，所述的曲面上设有凹陷部。免去了现有技术中需要在路灯上加设的二次光学处理元件，在保证外量子效率的前提下减少了光损失，提高了灯具效率，结构可靠，装卸使用方便。

Description

适用于路灯的大功率LED
【技术领域】
本实用新型涉及光学照明领域，具体是一种适用于路灯的大功率LED封装结构。
【背景技术】
现有的大功率LED产品封装工艺技术中，为了外量子效率，通常采用以下两种方式：(1)在LED芯片的光路上设置两个硅胶层，分别选用折射率较高的硅胶与折射率较低的硅胶，使LED光线依次经过折射率较低的硅胶层和折射率较高的硅胶层，通过介质折射率的渐变减少全反射，提高出光率；(2)将最外层介质设计成凸透镜，减小全反射的几率，提高出光效率。通过上述两种方式或者两种方式的结合，都可以达到提高外量子效率的目的。但是这样封装结构的LED并不能直接用于道路照明，其照射范围和照度分布均不满足道路照明要求，在制造路灯时需要进行二次光学处理，二次光学处理另加的光学元件都会造成一定的光损失，导致灯具效率降低。
【实用新型内容】
为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型提供一种适用于路灯的大功率LED，通过改进结构使其不用二次光学处理便可直接用于道路照明，在提高外量子效率的前提下减少光损失，提高灯具效率。
为此，本实用新型采用以下技术方案：适用于路灯的大功率LED，其特征在于：它包括导热支架、设于导热支架上的LED芯片和设于LED芯片发光光路上的透光介质层，所述的透光介质层至少包括一透镜，该透镜的顶面包括平滑连接的非球面和曲面，所述的曲面上设有凹陷部。LED所发出的光线经过顶面的折射之后，会形成一窄长照射区域，根据路灯的使用要求，适当调整非球面和曲面的参数，可达到照射范围要求，区域内照射均匀。安装本实用新型LED的路灯不需要进行二次光学设计便可投入使用，对路灯制造厂家十分方便，也减少了光损失，提高了灯具效率。透镜顶面的非平面设计同样可以减少全反射，达到提高外量子效率的目的。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采取如下技术措施或是如下技术措施的任意组合：所述透镜的底平面由一半圆面和一半茧形面组成，所述的非球面为自半圆面圆弧出发向上延伸形成的半环弧形侧壁面，而所述的曲面则为由底平面的茧形边出发坡状延伸至顶面顶部并与非球面平滑连接的曲形面。非球面的作用与原有的透镜类似，使LED发出的光线照射到更大的范围，但如只使用全环非球面组成的透镜，则其照射范围将会是一圆形区域，而对于路灯来说，所要求照射的纵向范围比横向范围大，圆形区域并不合适。本发明用曲面代替全环中一半的非球面，改变经该部分的LED光线的照射角度，使其部分叠加到非球面的照射区域侧，并增加照射区域的纵向长度，并能改善照明区域的照度分布，使之更符合满足截光型分布要求。
所述的凹陷部包括位于顶面顶部、圆心与底平面半圆部圆心在同一竖直线上的内凹半圆和从内凹半圆的直线端出发，沿曲面向下逐渐延伸的内凹段，凹陷部以同心半圆的圆心部分最深，向外向下逐渐变浅。凹陷部调节了部分光线的照射角度，进一步改善照度，提高光线利用率。
所述的透光介质层还包括设于透镜和LED芯片之间的导光层和光转换材料层，光转换材料层位于导光层和透镜之间。导光层和光转换材料层都用折射率较高的材料制成，LED芯片发出的光依次经过导光层、光转换材料层和透镜的折射，折射率逐渐增大，能进一步减少全反射，提高外量子效率。导光层将光转换材料层与LED芯片相隔离，减小芯片工作发热对光转换材料的影响。
所述的导热支架上设有反光杯，反光杯具有LED安装面和光反射斜面，LED芯片设于LED安装面上，反光杯起反光、聚光作用，提高光线利用率。LED安装面和光反射斜面之间的角度为10°—90°。
所述的透镜下侧设有连接柱，反光杯周缘设有与透镜底面配合的凸圈，连接柱插设于导热支架内使凸圈与透镜底面紧密贴合，透镜与反光杯之间形成一密闭腔体，该密闭腔体内填充导光层和光转换材料层，连接可靠，装卸方便。
所述的凸圈上设有电连接件，电连接件与LED芯片的电极电连接，电连接件用以将LED芯片与外电路电连接。
所述的反光杯内设有复数个LED芯片，这些LED芯片通过串联、并联或串并联与电连接件相连。根据使用需要，LED芯片可采用同色或者不同色的芯片，配合发出不同颜色的光。
有益效果：本实用新型免去了现有技术中需要在路灯上加设的二次光学处理元件，在保证外量子效率的前提下减少了光损失，提高了灯具效率，结构可靠，装卸使用方便。
【附图说明】
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为图1的另一视图。
图3为本实用新型的结构分解示意图。
图4为本实用新型光学处理部分的结构示意图。
图5为本实用新型透镜的示意图。
图6为本实用新型透镜的另一示意图。
图7为本实用新型透镜的另一示意图。
图8为本实用新型透镜的另一示意图。
图9为本实用新型的光路示意图。
图10为本实用新型的照度示意图。
图11为本实用新型的朗伯分布图。
图12为本实用新型C平面0°-180°光强分布曲线图。
图13为本实用新型C平面90°-270°光强分布曲线图。
【具体实施方式】
如图1-图4所示的适用于路灯的大功率LED，包括导热支架1和透光介质层。导热支架1上设有凸圈2，凸圈2内部分挖空形成反光杯8，反光杯8具有LED安装面和光反射斜面，复数个LED芯片9设于LED安装面上，LED安装面和光反射斜面之间的角度为10°—90°。凸圈2上装有若干片电连接件7，LED芯片9串联、并联或串并联后与电连接件相连。
透镜5用硅胶或透光塑料制成，下端连有连接柱4，连接柱4插于导热支架1内，透镜5下侧与凸圈2贴合在LED芯片和透镜之间形成一密闭腔体。腔体内填充导光层6和光转换材料层3，可分别采用折射率较高的硅胶和折射率较高硅胶与荧光粉的混合胶体。
透镜5(图5-图8)具有底平面51、非球面52和曲面53，非球面52和曲面53形成顶面。底平面51由一半圆面和一半茧形面组成。
凹陷部包括位于曲面53顶部、圆心与底平面半圆部圆心在同一竖直线上的内凹半圆54和从内凹半圆54的直线端出发，沿弧坡向下逐渐延伸的内凹段55，凹陷部以同心半圆的圆心部分最深，向外向下逐渐变浅。
图10为本发明在试验得到的一种照度示意图，图中，由内到外的各条曲线分别表示光照为35、32.5、30、27.5、25、22.5、20、17.5、15、12.5、10、7.5、5、2.5Lux的曲线。
本实用新型的光路如图9所示，图12为通过非球面，C平面0°-180°光强分布曲线由图11的朗伯分布转化为的光强分布曲线图，图13为通过曲面，C平面90°-270°光强分布曲线由图11的朗伯分布转化为的光强分布曲线图。从图上可以看出，经过非球面折射的光线，每一条光线通过透镜后的出射角度都大于由发光面的出射角度。经过曲面折射的光线，大部分都往非球面侧靠拢，从而与通过非球面折射的光线产生区域叠加，形成所需的照射区域，达到改善照度和提高的光线利用率的目的。

Claims (9)

1、适用于路灯的大功率LED，其特征在于：它包括导热支架、设于导热支架上的LED芯片和设于LED芯片发光光路上的透光介质层，所述的透光介质层至少包括一透镜，该透镜的顶面包括平滑连接的非球面和曲面，所述的曲面上设有凹陷部。
2、根据权利要求1所述的适用于路灯的大功率LED，其特征在于：所述透镜的底平面由一半圆面和一半茧形面组成，所述的非球面为自半圆面圆弧出发向上延伸形成的半环弧形侧壁面，而所述的曲面则为由底平面的茧形边出发坡状延伸至顶面顶部并与非球面平滑连接的曲形面。
3、根据权利要求2所述的适用于路灯的大功率LED，其特征在于：所述的凹陷部包括位于顶面顶部、圆心与底平面半圆部圆心在同一竖直线上的内凹半圆和从内凹半圆的直线端出发，沿曲面向下逐渐延伸的内凹段，凹陷部以同心半圆的圆心部分最深，向外向下逐渐变浅。
4、根据权利要求1至3任一项所述的适用于路灯的大功率LED，其特征在于：所述的透光介质层还包括设于透镜和LED芯片之间的导光层和光转换材料层，光转换材料层位于导光层和透镜之间。
5、根据权利要求4任一项所述的适用于路灯的大功率LED，其特征在于：所述的导热支架上设有反光杯，反光杯具有LED安装面和光反射斜面，LED芯片设于LED安装面上。
6、根据权利要求5所述的适用于路灯的大功率LED，其特征在于：所述的LED安装面和光反射斜面之间的角度为10°—90°。
7、根据权利要求5所述的适用于路灯的大功率LED，其特征在于：所述的透镜下侧设有连接柱，反光杯周缘设有与透镜底面配合的凸圈，连接柱插设于导热支架内使凸圈与透镜底面紧密贴合，透镜与反光杯之间形成一密闭腔体，该密闭腔体内填充导光层和光转换材料层。
8、根据权利要求7所述的适用于路灯的大功率LED，其特征在于：所述的凸圈上设有电连接件，电连接件与LED芯片的电极电连接。
9、根据权利要求8所述的适用于路灯的大功率LED，其特征在于：所述的反光杯内设有复数个LED芯片，这些LED芯片通过串联、并联或串并联与电连接件相连。
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