CN201672442U - 一种led光源的菲涅尔封装结构 - Google Patents

Abstract

一种LED光源的菲涅尔封装结构，由支撑部分和菲涅尔透镜部分组成，其特征在于：支撑部分位于安放LED芯片的基座上，菲涅尔透镜部分位于支撑部分之上，LED芯片为单个的LED芯片或为由多个LED芯片所组成的LED芯片阵列，支撑部分由一个或多个支架组成，菲涅尔透镜部分由一个或多个位于同一平面或同一球面上的菲涅尔透镜组成，且菲涅尔透镜的下侧与其对应的LED芯片之间的距离等于该菲涅尔透镜的焦距。

Description

一种LED光源的菲涅尔封装结构

技术领域

本实用新型涉及一种发光二极管(LED)的菲涅尔封装结构。尤其涉及一种具有高功率led光源的菲涅尔封装结构，该结构中包含有菲涅尔透镜部分。

该封装结构具有使LED光源射出的光线柔和、均匀、亮度高、光衰小等特点。而且使用该封装结构还可以简化LED光源的安装过程，大幅度提高生产效率，并且具有提高LED光源的应用范围，延长使用寿命等特点，同时还具有防水、防尘、防爆的三防功能。

背景技术

近年来，能源问题已经成为制约世界各国经济发展的头等重要问题，随着能源短缺的逐步加剧，这一问题所衍化的矛盾也愈演愈烈。这一问题只有通过增源和节流两条途径进行解决，增源即使寻找新的能源，比如光能、核能、水能等等，节流就是减少目前能源的消耗，例如小排量汽车、节能建筑等等，而LED光源无疑就是这其中的一只奇葩。现在所用的高能耗、低发光效率的白炽灯、日光灯等陈旧的照明灯具已无法适应当今社会对照明灯具的新需求。因此具有能耗低、寿命长等特点的LED光源逐步受到市场的青睐，成为了当今最热门的照明用具，在当前国家相关政策的扶持之下，LED光源必将成为市场上的主流选择，以及在高端市场的唯一选择。

但是LED光源传统的封装结构，由于存在着成本造价高、光衰较高、光线不均匀、亮度不高、外形不美观、不利于灯具安装、不能密封等缺点，也严重制约了LED光源，特别是适用于城市照明、广场照明、战场照明的高功率LED 光源的高速发展。特别是针对发光功率在10W以上的室内照明，甚至在100W、1000W以上的室内、室外高功率LED光源的封装结构，这一问题尤为突出。

LED光源传统的封装结构，多采用透明板、凸透镜、凹透镜等对LED芯片所产生的光线进行汇聚或者发散，经过汇聚的光线得以在局部产生高亮度照明，而经过发散的光线通常以平行光的形式向外发送，以求达到更远的照明范围。

但是，该LED光源传统封装结构却存在着如下的缺点：

①由于传统透镜对光线的穿透具有一定的限制作用，使光线在透镜内部的传输过程中，由于传统透镜具有较大的厚度，使传输路径大大延长，因此在反射、散射、折射的影响下，使一部分光线无法到达外界成为照明用光线，造成了光衰增大，光通量降低的问题。

②由于传统透镜的厚度较大，因此光线在透镜内部传送的过程中，由于反射、散射、折射的影响，使得对光线汇聚和发散处理的不是很好，使光线的汇聚所产生的光斑过大，无法达到足够的照明亮度，而且还使光线的发散的照明状况不理想，存在中心亮度较高、边缘大部分区域照明亮度偏低的情况，使光线不柔和、不均匀，亮度整体不高。

③由于传统透镜加工工艺的限制，以及传统透镜自身的成像原理带来的影响，使经过透镜后的光线基本上保持一个以led芯片为顶点的圆锥的形状，使最终的照明形状为圆形，无法产生规则长方形、正方形、椭圆形，更无法产生任意多边形的照明图案。

④由于传统透镜不具有对led芯片进行封装的功能，因此还需要在透镜和led芯片之间增设专门的封装结构，达到使led光源整体密封的效果。

⑤由于传统透镜需要在较厚的透镜上增设封装结构，因此造成led光源的总厚度增大，总体积增大，即不美观，也不便于具有led光源在灯具上的安装。

⑥由于传统透镜的密封结构是通过其它工艺额外增加的，不是一体成形而形成的，因此整体的密封性能较差，导致该照明装置无法用于较为恶劣的室外环境，使其应用的场所受到极大的限制，而且在其实际的使用过程中，由于其整体密封性较差，而导致其寿命极大的缩短。

针对以上诸多方面的问题，本人经过多方面查找资料、并经过数年的科学实验，耗费大量财力、物力，终于研究成功本具有使LED光源射出的光线柔和、均匀、亮度高、光衰小等特点的led封装结构。而且使用该封装结构还可以达到简化LED光源的安装过程，大幅度提高生产效率，并且具有提高LED光源的应用范围，延长使用寿命等特点，同时还具有防水、防尘、防爆的三防功能。

实用新型内容

现有的led光源存在着光衰大，光通量低，中心亮度较高、边缘大部分区域照明亮度偏低，无法产生多边形的照明图案，需要增设增设专门的封装结构，不便于安装，使用寿命短的问题。而本实用新型的led光源的封装结构则具有使射出的光线柔和、均匀、亮度高、光衰小等特点，而且使用该封装结构还可以达到简化LED光源的安装过程，大幅度提高生产效率，并且具有提高LED光源的应用范围，延长使用寿命等特点，同时还具有防水、防尘、防爆的三防功能。

一种led光源的菲涅尔封装结构，由支撑部分和菲涅尔透镜部分组成，其特征在于：支撑部分位于安放led芯片的基座上，菲涅尔透镜部分位于支撑部分之上，led芯片为单个的led芯片或为由多个led芯片所组成的led芯片阵列，支撑部分由一个或多个支架组成，菲涅尔透镜部分由一个或多个位于同一平面或同一球面上的菲涅尔透镜组成，且菲涅尔透镜的下侧与其对应的led芯片之间的距离等于该菲涅尔透镜的焦距。

所述菲涅尔封装结构的总厚度为5-10mm；菲涅尔透镜部分位于支撑部分的 外部之上，或者位于支撑部分的内部的上部且菲涅尔透镜周围的侧边被支撑结构所包围；所述led芯片阵列中led芯片的数量为100个；所述支撑部分和菲涅尔透镜部分一体化形成；所述支撑部分和菲涅尔透镜部分的材料分别选自由pc材料、环氧树脂材料和玻璃构成的组中之一；所述基座上具有用于容纳支撑部分的凹槽，该凹槽中还具有用于容纳多余的用于将支撑部分和基座粘接的粘接剂的凹陷，或者该凹槽还具有用于与支撑部分进行卡榫卡扣连接的结构；所述基座上具有用于与支撑部分连接的凸起，该凸起中还具有用于容纳多余的用于将支撑部分和基座粘接的粘接剂的凹陷，或者该凸起还具有用于与支撑部分进行卡榫卡扣连接的结构；该菲涅尔透镜部分具有正方形、长方形、圆形、菱形、正五边形或者正六边形的形状。

附图说明

附图1：本实用新型的LED光源封装结构的顶视图。

附图2：本实用新型的LED光源封装结构的立体图。

1：菲涅尔透镜       2：支架

具体实施方式

下面结合说明书附图1、2来详细介绍本实用新型的LED光源封装结构，该封装结构有支撑部分和菲涅尔透镜部分两部分。支撑部分是由四个支架依次连接所围绕形成的一个矩形框架，在框架的上方有菲涅尔透镜部分，该菲涅尔透镜部分由一个或多个菲涅尔透镜组成。支撑部分所形成的框架的大小，正好可以放入该菲涅尔透镜部分，菲涅尔透镜部分位于支撑部分的外部之上，或者位于支撑部分的内部的上部且菲涅尔透镜周围的侧边被支撑结构所包围。该菲涅尔封装结构放置于led芯片(未示出)上方，通过将该封装结构粘附于用于放 置该led芯片的基座(未示出)上而形成密闭封装。所述菲涅尔封装结构的总厚度为1-40mm、4-20mm、5-10mm、6-8mm。

Led芯片可以是单个的led芯片，也可以是由多个led芯片所形成的具有任意形状的led芯片阵列，该阵列形状通常为正方形或圆形，当然也可以形成菱形、五角形、正六边形等任意的正多边形、非正多边形。该led阵列中所包含的led芯片的数量可以为2个、3个、50个、100个或几百个、几千个，其数目可以为任意的自然数。

基座，其作用是为了放置led芯片，该基座由外壳体、反射杯、电源通路所组成，电源通路形成于基座外壳体内，反射杯形成于基座外壳体的中央，led芯片形成于反射杯中央，led芯片并且与电源通路相连接。反射杯用于将led芯片所产生的光线经反射后向外界发送。

基座上可以形成有与支撑部分相对应的凹槽，用于容纳支撑部分。并且在该凹槽的外侧的某一处还可以具有一个凹陷，当支撑部分通过粘接剂粘接的方式与基座的凹槽进行连接时，多余的粘接剂可以流入到该凹陷中去，避免多余的粘接剂造成对led光源以及外界的污染。

基座上还可以形成与支撑部分相对应的卡榫卡扣的结构，通过与支撑部分之间直接通过卡榫卡扣进行连接，避免了粘接剂的使用。当然也可以在卡榫卡扣的结构中应用少量的粘接剂，以增强结合的紧密性。

当然，该基座也可以同时具有卡榫卡扣的结构和凹槽、凹陷，以在凹槽中实现与支撑部分之间的卡榫卡扣的连接，并通过粘接剂进行增强性连接。

当然基座也可以不具有任何的用于和支撑部分进行连接的卡榫卡扣的结构和凹槽、凹陷，通过粘接剂直接将支撑部分和基座连接在一起。或者在基座上增设凸起用于和支撑结构连接，并且在凸起上设置用于和led支撑部分采用卡榫 卡扣用于连接，或者设置凹陷用于使凸起和支撑结构用粘接剂进行连接，并通过凹陷容纳多余的粘接剂。该凹槽和凸起可以位于该基座的外壳体或反射杯上，也可以位于基座的其它地方。

此处所用的粘接剂可以为任何的粘接剂，热固性的粘接剂，光固性的粘接剂等都可以用于该粘接。该粘接剂可以为环氧树脂或pc材料。

支撑部分的有效高度等于菲涅尔透镜的焦距，此时可以达到最好的汇聚或者发散效果。该有效高度为菲涅尔透镜的下表面距离led芯片的距离。当采用直接粘接剂粘接的方式时，该有效高度可能和支撑部分的实际高度一样；当采用凹槽、凹陷的方式时该有效高度可能小于支撑部分的实际高度；当采用凸起的时候该有效高度可能大于支撑部分的实际高度。为了满足某些特定的需要，该有效高度也可以不等于菲涅尔透镜的焦距，可以比该焦距略大或者略小。

支撑部分的材料可以为任意的树脂材料，例如PC材料、环氧树脂材料，也可以为玻璃、金属等任意可以起到支撑作用的材料。该支撑部分的材料可以和菲涅尔透镜的材料一致，并且一体化形成，这样可以省去菲涅尔透镜固定在支撑部分上这一工序，提改了生产效率、提高了密闭性能。

支撑部分的形状可以和菲涅尔透镜部分的形状一致，也可以不一致，只需要该支撑部分可以将菲涅尔透镜部分支撑在led芯片之上，并保持需要的高度既可以。该支撑部分可以由多个支架2组合而成，多个支架2之间采用粘接剂粘接或者卡榫卡扣的结构进行连接，该支撑部分也可以仅有一个支架形成，该支架可以有一个或多个组合成正方形、圆形、长方形、三角形、五角形、菱形、正多边形，或者非正多边形的任意形状。

支撑部分可以由反光材料制成，也可以在支撑部分的内表面增设一个反光层，用以将led芯片或led芯片阵列发出的光线更多的传送到外界。当然也可以 不采用反光材料或者反光层，因为该厚度较小，通常只有1-20mm、5-10mm，或者甚至是6-8mm，因此只有少量的光线从此处发射出去。

菲涅尔透镜部分由一个或多个菲涅尔透镜1组成。可以由一个菲涅尔透镜对应一个或多个led芯片或led芯片阵列，也可以由多个菲涅尔透镜对应一个led芯片或led芯片阵列。菲涅尔透镜的形状可以形成正方形、圆形、长方形、三角形、五角形、菱形、正多边形，或者非正多边形的任意形状。由多个菲涅尔透镜所组成的菲涅尔透镜部分可以是正方形、圆形、长方形、三角形、五角形、菱形、正多边形，或者非正多边形的任意形状，也可以使任意规则的或者不规则的平面形状或者是立体形状。可以通过对菲涅尔透镜部分的选择，来限定led光源最终光线的照明范围，使其保持在任意规则的或者不规则的形状，其可以是正方形、圆形、长方形、三角形、五角形、菱形、正多边形，或者非正多边形的任意形状，可以使经过菲涅尔透镜部分的光线具有任意需要的形状。

菲涅尔透镜的材料为pc材料，或者是其它任意的具有良好透光性的材料，也可以为玻璃、环氧树脂，如果不考虑成本，也可以采用蓝宝石、红宝石等。菲涅尔透镜通常只有1-20mm的厚度，优选是3-10mm的厚度，更优选是5mm左右的厚度。

菲涅尔透镜部分中所具有的多个菲涅尔透镜之间具有位于同一平面或者同一球面的位置关系。菲涅尔透镜的光学面朝向外侧，即光线射出的一侧，菲涅尔透镜的另一侧朝向led芯片，以允许光线进入，并在菲涅尔透镜内部完成汇聚或者发散。且菲涅尔透镜部分的下侧与其对应的led芯片之间的距离等于该菲涅尔透镜的焦距，当然为了某些特定的需要，也可以略小于或者略大于该相应的菲涅尔透镜的焦距。

具有该菲涅尔封装结构的照明用具用于路灯、城市照明或者广场照明时，其光源从距离地面10-200m的距离、20-100m的距离、甚至是35-40m的距离向下进行照明时，可以将照明的范围控制在需要照明的区域内，例如广场的范围，两个路灯之间的路面范围，甚至是形成特定的文字、图案，可以同时兼顾宣传和照明的目的。

采用了该菲涅尔封装结构的照明用具，其的照明亮度可以在同等功率的情况下，较传统的封装能够提高15％-25％，光通量的光衰由传统的20％-30％，降低到5％-7％。单位照度可以提高2-9倍，平均亮度可以提高15％-25％。在这种情况下，路灯的地面照明亮度可以由25-30勒克斯，提高到40勒克斯以上。

经过以上对本实用新型技术方案的说明，可以发现相对于led光源传统的封装，本实用新型中的led光源封装具有以下六方面的优点：

①由于菲涅尔透镜的厚度较薄，传输路径较短，减小了对光线穿透的限制作用，使光线在透镜内部的传输过程中，由于传统透镜具有较大的厚度，在反射、散射、折射影响的情况下，只损失极小部分的光线，使得到达外部成为照明光线的光线大大增加，使光衰减小，光通量增大，光通量的光衰由传统的20％-30％，降低到5％-7％。

②由于菲涅尔透镜的厚度较薄，传输路径较短，因此光线在透镜内部传送的过程中，反射、散射、折射的影响较小，使得对光线汇聚和发散处理的很好，使光线的汇聚所产生的光斑很小，能够达到足够的照明亮度，在单位面积上可以使亮度提高2-9倍，而且还使光线的发散的照明状况很理想，在光线柔和、均匀的同时，亮度得到了提高，平均亮度可以提高15％-25％。

③菲涅尔透镜的加工工艺较为灵活，可以形成各种的形状，可以产生正方形、圆形、长方形、三角形、五角形、菱形、正多边形，或者非正多边形的任意形状的照明图案，甚至可以形成特定的文字、图案，可以同时兼顾宣传和照明的目的。

④菲涅尔封装结构，将透镜部分和支撑部分合成为一个部分，还可以进行一体化生产，在实现对透镜支撑的同时来实现对led光源的封装，节约了工序，减少了生产成本，还提高了密封的性能，使led光源可以同时具有防水、防尘、防爆的三防功能。

⑤菲涅尔封装结构的厚度较小，通常只有1-20mm、5-10mm、甚至是6-8mm的厚度，使得led光源的总体积减小，在兼顾美观的同时也便于在灯具上进行安装。

⑥由于菲涅尔封装结构的工序较少，大多是一体化形成，因此整体密封的性能很高，使led光源可以同时具有防水、防尘、防爆的三防功能。使照明装置可以用于任何恶劣的室外环境，使其应用的场所受到扩展，而且在其实际的使用过程中，因为整体密封性较高，而导致其使用寿命得到提高，可以达到至少5年以上的使用寿命。

上面说明了本实用新型的实施例。但本实用新型并不限于上述实施例，本领域技术人员在本实用新型技术方案的范围内所进行的各种更改，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种led光源的菲涅尔封装结构，由支撑部分和菲涅尔透镜部分组成，其特征在于：支撑部分位于安放led芯片的基座上，菲涅尔透镜部分位于支撑部分之上，led芯片为单个的led芯片或为由多个led芯片所组成的led芯片阵列，支撑部分由一个或多个支架组成，菲涅尔透镜部分由一个或多个位于同一平面或同一球面上的菲涅尔透镜组成，且菲涅尔透镜的下侧与其对应的led芯片之间的距离等于该菲涅尔透镜的焦距。

2.根据权利要求1所述的菲涅尔封装结构，其特征在于：所述菲涅尔封装结构的总厚度为5-10mm。

3.根据权利要求1所述的菲涅尔封装结构，其特征在于：所述菲涅尔透镜部分位于支撑部分的外部之上，或者位于支撑部分的内部的上部且菲涅尔透镜周围的侧边被支撑结构所包围。

4.根据权利要求1所述的菲涅尔封装结构，其特征在于：所述led芯片阵列中led芯片的数量为100个。

5.根据权利要求1所述的菲涅尔封装结构，其特征在于：所述支撑部分和菲涅尔透镜部分一体化形成。

6.根据权利要求1所述的菲涅尔封装结构，其特征在于：所述支撑部分和菲涅尔透镜部分的材料分别选自由pc材料、环氧树脂材料和玻璃构成的组中之一。

7.根据权利要求1所述的菲涅尔封装结构，其特征在于：所述基座上具有用于容纳支撑部分的凹槽，该凹槽中还具有用于容纳多余的用于将支撑部分和基座粘接的粘接剂的凹陷，或者该凹槽还具有用于与支撑部分进行卡榫卡扣连接的结构。 

8.根据权利要求1所述的菲涅尔封装结构，其特征在于：所述基座上具有用于与支撑部分连接的凸起，该凸起中还具有用于容纳多余的用于将支撑部分和基座粘接的粘接剂的凹陷，或者该凸起还具有用于与支撑部分进行卡榫卡扣连接的结构。

9.根据权利要求1所述的菲涅尔封装结构，其特征在于：该菲涅尔透镜部分具有正方形、长方形、圆形、菱形、正五边形或者正六边形的形状。 

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