CN201884993U - 大功率led光源及其一次光学透镜 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种大功率LED光源及其一次光学透镜，包括有支架、LED芯片、荧光粉胶层和一次光学透镜，该支架具有一反光杯结构，该LED芯片安装于该反光杯结构的底部，该荧光粉胶层涂布于LED芯片上，该一次光学透镜位于荧光粉胶层的上方，且一次光学透镜外罩住反光杯结构，该一次光学透镜为可使LED出光呈“蝙蝠翼”型配光分布的自由曲面透镜；藉此，由于在结构上采用了具有自由曲面的一次光学透镜，使得大功率LED光源具有“蝙蝠翼”型配光分布效果，提高了其在LED路灯、LED隧道灯使用中的道路照明均匀度，并取代了二次光学透镜，有效降低了生产成本。

Description

大功率LED光源及其一次光学透镜
技术领域
本实用新型涉及LED领域技术，尤其是指一种大功率LED光源及其一次光学透镜。
背景技术
半导体固态照明是21世纪最具发展前景的新技术之一，其核心是大功率LED。近年来随着半导体材料生长技术与器件封装工艺的进步，大功率LED器件的发光效率及可靠性得到了很大的提高。LED的应用范围也越来越广，其中LED在路灯的应用非常迅猛。伴随着2009年国家科技部“十城万盏”计划在道路照明的巨大投资，LED路灯的市场非常被看好。
目前，用于路灯照明的光源类型主要有：金属卤化物灯、白炽灯和高压钠灯等，与这些传统的路灯相比，LED路灯有着节能、环保、实用寿命长、耐震性能强、占用体积小等明显优势。
由于光源的光辐射几乎占据整个空间的这个特点，因此需要采用对路灯的光学系统进行配光设计从而达到国家标准路灯灯具的光度参数。目前市场上大部分LED路灯的配光都是采用二次光学系统，此系统存在以下几个缺点：(1)成本高：采用二次光学透镜与不具有蝙蝠翼型的的单颗大功率LED搭配，价格昂贵，不利于LED路灯的推广；(2)灯具结构设计不方便：采取一定的措施固定二次光学透镜，增加了结构设计的复杂性；(3)出光效率降低：二次光学透镜的材料会有一定的光吸收，且增加光学界面造成光线反射损失。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种大功率LED光源及其一次光学透镜，其能有效解决现有之大功率LED光源之成本高的问题。
本实用新型的另一目的是提供一种大功率LED光源，其能有效解决现有之大功率LED光源结构复杂、出光效率低的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用如下之技术方案：
一种大功率LED光源，包括有支架、LED芯片、荧光粉胶层和一次光学透镜，该支架具有一反光杯结构，该LED芯片安装于该反光杯结构的底部，该荧光粉胶层涂布于LED芯片上，该一次光学透镜位于荧光粉胶层的上方，且一次光学透镜外罩住反光杯结构，该一次光学透镜为可使LED出光呈“蝙蝠翼”型配光分布的自由曲面透镜。
作为一种优选方案，所述一次光学透镜之配光分布的纵向大角度为117～122°，该一次光学透镜之配光分布的横向小角度为57～70°。
作为一种优选方案，所述一次光学透镜的材质为透明硅胶，其折射率为1.40～1.60。
作为一种优选方案，所述反光杯结构的高度为0.3～0.5mm，下底面的半径为0.80～1.2mm，上端面的半径为1.10～1.50mm。
作为一种优选方案，所述LED芯片的尺寸为1.00mm×1.00mm～1.60mm×1.60mm，该LED芯片的高度为0.15～0.35mm。
作为一种优选方案，所述荧光粉胶层为稀土荧光粉与硅胶的混合物，该荧光粉胶层的厚度为0.10～0.50mm。
一种一次光学透镜，该一次光学透镜为可使LED出光呈“蝙蝠翼”型配光分布的自由曲面透镜。
作为一种优选方案，所述一次光学透镜之配光分布的纵向大角度为117～122°，该一次光学透镜之配光分布的横向小角度为57～70°。
作为一种优选方案，所述一次光学透镜的材质为透明硅胶，其折射率为1.40～1.60。
本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
一、由于在结构上采用了具有自由曲面的一次光学透镜，使得大功率LED光源具有“蝙蝠翼”型配光分布效果，提高了其在LED路灯、LED隧道灯使用中的道路照明均匀度，并取代了二次光学透镜，有效降低了生产成本。
二、由于该一次光学透镜在材质上采用了折射率高、耐温性好、透光性优异的透明硅胶，使得大功率LED光源在应用中可以直接通过回流焊制程固定，结构简单，并可提高生产效率。
三、由于采用了大尺寸LED芯片和高效率稀土荧光粉，提高了白光LED的发光效率，使得大功率白光LED的光通量高达100～130流明，满足目前道路照明灯具的使用要求。
为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本实用新型进行详细说明：
附图说明
图1是本实用新型之实施例的组装示图；
图2是本实用新型之实施例中一次光学透镜的放大视图；
图3是本实用新型之实施例中反光杯结构的放大视图。
附图标识说明：
10、支架       11、反光杯结构
20、LED芯片    30、荧光粉胶层
40、一次光学透镜
具体实施方式：
请参照图1至图3所示，其显示出了本实用新型之较佳实施例的具体结构，包括有支架10、LED芯片20、荧光粉胶层30和一次光学透镜40。
其中，该支架10具有一反光杯结构11，该反光杯结构11的高度为0.3～0.5mm，下底面的半径为0.80～1.2mm，上端面的半径为1.10～1.50mm，该发光杯结构11用于限制出射光的角度。
该LED芯片20安装于前述支架10之反光杯结构11的底部，该LED芯片20的尺寸为1.00mm×1.00mm～1.60mm×1.60mm，LED芯片20的高度为0.15～0.35mm。
该荧光粉胶层30涂布于该LED芯片20上，该荧光粉胶层30为稀土荧光粉与硅胶的混合物，该荧光粉胶层的厚度为0.10～0.50mm。
该一次光学透镜40位于前述荧光粉胶层30的上方，且该一次光学透镜40外罩住反光杯结构11，该一次光学透镜40为自由曲面透镜，可以使LED出光呈“蝙蝠翼”型配光分布，其配光分布的纵向大角度为117～122°，配光分布的横向小角度为57～70°，以及，该一次光学透镜40的材质为透明硅胶，其折射率为1.40～1.60，具有折射率高、耐温性好、透光性优异的特点。
详述本实施例的制作过程如下：
首先，设计反光杯结构11的高度为0.45mm，下底面半径为1mm，上端面的半径为1.25mm(如图3所示)。接着，在反光杯结构11内安装有尺寸为1.00mm×1.00mm的LED芯片20，在LED芯片20上涂布荧光粉，并在反光杯结构11内填充折射率为1.415的硅胶，点亮后测得其发光角度2*θ1/2约为120°。
接着，根据LED路灯实际工程施工经验设计一次光学透镜40(如图2所示)，得到直角坐标系和极坐标系下的配光曲线，该一次光学透镜40使大功率LED在纵向的角度为118°，横向为65°。在纵向80°和90°光束角方向上LED发出的光强分别是25cd/klm和0cd/klm，低于30cd/klm和10cd/klm，符合道路照明LED路灯的要求，且纵向方向光强最大值的连线接近为一条直线。
然后，将本实用新型设计的大功率LED及其一次光学透镜40应用于LED路灯的实施案例中，具有如下效果：
采用本实用新型设计的大功率LED组成10×10阵列的模组，模拟10米杆200W路灯的道路照明效果。每个LED之间的间距为3cm，在距离光源10m处设置一个接收面，其接收面积为50m×30m。经测试得到配光曲线和照度。LED路灯在路面的光斑呈矩形分布。当多个具有蝙蝠翼型分布的LED组合时，其经过叠加之后的光分布与单颗LED的光分布基本相似，但通过叠加后的光强分布的效果更佳，在纵向大于75°角的范围内没有多余的光。
采用120颗瓦级白光LED光源组成一盏LED路灯，在灯杆高度为10m，两盏路灯相距为30m的条件下，路灯成两排错开排列。通过光学进行了仿真，得到路面的照度分布如表1所示，由表1可知：采用本实用新型设计的大功率LED光源及其光学透镜，可实现照度均匀度高达0.846，完全满足当前道路照明的照度要求。
6.417    15    14    14    14    14    13    13    14    14    14
5.250    16    15    14    14    14    14    14    14    14    14
4.083    19    16    14    14    15    15    15    15    14    14
2.917    21    17    15    15    15    15    15    15    15    15
1.750    23    19    15    15    15    16    16    15    15    15
0.583    23    20    15    15    16    16    16    16    15    15
m  1.458 4.375 7.292 10.208 13.125 16.042 18.958 21.875 24.792 27.708
注意：此坐标为上述图形单位為Lux.
网格：12×6点
平均照座[lx]  最小照度[lx]  最大照度[lx]  最小照度/平均照度  最小照度/最大照度
16            13            23               0.846              0.571
表1
本实用新型的设计重点在于：
一、由于在结构上采用了具有自由曲面的一次光学透镜，使得大功率LED光源具有“蝙蝠翼”型配光分布效果，提高了其在LED路灯、LED隧道灯使用中的道路照明均匀度，并取代了二次光学透镜，有效降低了生产成本。
二、由于该一次光学透镜在材质上采用了折射率高、耐温性好、透光性优异的透明硅胶，使得大功率LED光源在应用中可以直接通过回流焊制程固定，结构简单，并可提高生产效率。
三、由于采用了大尺寸LED芯片和高效率稀土荧光粉，提高了白光LED的发光效率，使得大功率白光LED的光通量高达100～130流明，满足目前道路照明灯具的使用要求。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.大功率LED光源，包括有支架、LED芯片、荧光粉胶层和一次光学透镜，该支架具有一反光杯结构，该LED芯片安装于该反光杯结构的底部，该荧光粉胶层涂布于LED芯片上，该一次光学透镜位于荧光粉胶层的上方，且一次光学透镜外罩住反光杯结构，其特征在于：该一次光学透镜为可使LED出光呈“蝙蝠翼”型配光分布的自由曲面透镜。
2.根据权利要求1所述的大功率LED光源，其特征在于：所述一次光学透镜之配光分布的纵向大角度为117～122°，该一次光学透镜之配光分布的横向小角度为57～70°。
3.根据权利要求1或2所述的大功率LED光源，其特征在于：所述一次光学透镜的材质为透明硅胶，其折射率为1.40～1.60。
4.根据权利要求1所述的大功率LED光源，其特征在于：所述反光杯结构的高度为0.3～0.5mm，下底面的半径为0.80～1.2mm，上端面的半径为1.10～1.50mm。
5.根据权利要求1所述的大功率LED光源，其特征在于：所述LED芯片的尺寸为1.00mm×1.00mm～1.60mm×1.60mm，该LED芯片的高度为0.15～0.35mm。
6.根据权利要求1所述的大功率LED光源，其特征在于：所述荧光粉胶层为稀土荧光粉与硅胶的混合物，该荧光粉胶层的厚度为0.10～0.50mm。
7.一次光学透镜，其特征在于：该一次光学透镜为可使LED出光呈“蝙蝠翼”型配光分布的自由曲面透镜。
8.根据权利要求7所述的一次光学透镜，其特征在于：所述一次光学透镜之配光分布的纵向大角度为117～122°，该一次光学透镜之配光分布的横向小角度为57～70°。
9.根据权利要求7或8所述的一次光学透镜，其特征在于：所述一次光学透镜的材质为透明硅胶，其折射率为1.40～1.60。
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