CN203322999U - 一种led透镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种LED光学透镜，透镜包括透明材质制成的本体，本体一侧为出光部，另一侧为入光凹部。本实用新型借由入光表面与出光表面的结构设计以及光学材质的选取，使得LED光源具有适合背光源和平面灯的光强分布。

Description

一种LED透镜

技术领域

    本实用新型公开一种光学器材，尤其是一种LED光学透镜。 

背景技术

LED由于具有发光效率高、使用寿命长、节能环保等优点，近年来已逐渐取代传统白炽灯、卤钨灯、日光灯管及冷阴极荧光灯等，在照明领域和液晶显示背光源方面得到越来越广泛的应用。 

在照明领域，LED照明目前被广泛应用于投射灯、泛光灯、球泡灯、灯管及天花灯等。对于LED天花灯，目前的技术方案主要有两种：一是采用功率型侧光式LED加漫反射和光扩散板的形式，二是采用直下式密集排列小功率LED加光扩散板。前者的优点在于所用LED数量较少，制造工艺相对简单，但缺点是系统光效相对较低，而且较难实现照度均匀化；后者的优点在于比较容易实现照度均匀化，但同样存在制造工艺相对复杂、制造成本相对较高的缺点。采用直下式功率型LED来设计平面照明光源，由于单个LED的光通量较高而LED的间距较大，仅采用加光扩散板的方式同样难以实现其照度的均匀化。因此对于LED平面灯来讲，有必要设计一种光学结构来改善直下式功率型LED平面灯的照度均匀性，同时通过这种光学结构还可以减小LED平面灯的厚度。 

在液晶显示LED背光源方面，现有技术中一般采用侧发光方式，即LED位于显示屏的边缘，通过导光板使LED发出的光散布到整个屏幕。这种侧光式LED背光源的优点在于整个背光源容易做得较薄，但缺点是其亮度不够均匀，而且难以实现大尺寸背光。 

最近发展起来的直下式LED背光源，由于容易实现大尺寸背光且具有更高的光效，将逐渐取代侧光式LED背光源而应用于液晶显示。对于直下式LED背光源，目前比较普遍的技术方案是采用密集排列的小功率白光LED，其优点在于每个LED的光通量较低且LED的间距较小，通过外加光扩散板或光学膜片的方式比较容易实现背光源的亮度均匀化。这种技术方案的缺点在于LED数量众多，制造工艺相对复杂，制造成本相对较高。 

采用功率型LED替代小功率LED应用于液晶显示背光源，由于可以减少LED的数量，不仅可以减少PCB的使用量，还可以简化制造工艺，因此有望较大幅度地降低背光源的制造成本。但是采用功率型LED作为液晶显示的背光源，由于单个LED的光通量相对较高，而LED的间距相对较大，仅仅采用外加光扩散板或光学膜片的方式难以实现其亮度均匀化，因此设计一种光学结构来改善功率型LED背光源的亮度均匀性是实现LED背光源广泛应用的行之有效的技术途径。 

发明内容

针对上述提到的现有技术中的LED光束相对比较集中以至于在直下式LED背光源和直下式LED平面灯应用中容易导致亮度不均匀，以及LED通过光学透镜后容易出现色度分布不均匀的问题，本实用新型提供一种新型LED透镜。 

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种LED透镜，透镜包括透明材质制成的本体，本体一侧为出光部，另一侧为入光凹部，所述的出光部的外形呈中间凹主体凸的非球形旋转对称，并具有一个呈自由曲面的出光表面。 

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括： 

所述的出光部的轴切面由中间至外侧呈弧形分布，将其进行旋转形成出光部。

所述的出光表面可以进行粗化处理。 

所述的粗化技术措施为包括喷砂、蚀纹或将其制作成微透镜阵列等。 

所述的入光凹部具有呈自由曲面的入光表面。 

所述的入光表面呈旋转对称。 

所述的入光表面轴切面呈抛物线形。 

所述的入光表面呈半椭球形。 

所述的本体上入光凹部一侧可以设置三个或三个以上的定位柱。 

本实用新型的有益效果是：本实用新型借由入光表面与出光表面的结构设计以及光学材质的选取，使得LED光源具有适合背光源和平面灯的光强分布。 

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。 

附图说明

图1是本实用新型实施例一的立体图； 

图2是本实用新型实施例一的底视图；

图3是本实用新型实施例一的剖面图；

图4是本实用新型实施例一的光强分布图；

图5是本实用新型实施例二的立体图；

图6是本实用新型实施例二的底视图；

图7是本实用新型实施例二X轴向剖面图；

图8是本实用新型实施例二Y轴向剖面图；

图9是本实用新型实施例二的光强分布图；

    图中，1-本体，11-出光部，12-入光凹部，111-出光表面，112-中间部分，113-主体部分，121-入光表面，1211-第一入光表面轮廓线，1212-第二入光表面轮廓线。

具体实施方式

本实施例为本实用新型优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本实用新型保护范围之内。 

本实用新型提供了一种LED透镜，用以解决现有LED光束相对比较集中以至于在直下式LED背光源和直下式LED平面灯应用中容易导致亮度不均匀，以及LED通过光学透镜后容易出现色度分布不均匀的问题。本实用新型中的LED透镜主要为一个本体1，主体1上设有一出光部11和一入光凹部12。本实用新型的本体1为透光材质制成，出光部11的外形呈中间凹主体凸的非球形旋转对称，出光部11形成于本体1上方，并具有一个呈自由曲面的出光表面111，本实施例中，出光部11由向内凹的中间部分112和向外凸的主体部分113两部分构成，为了解决LED光束通过透镜后容易出现色度不均匀的问题，本实施例中，对所述透镜的出光表面111（即出光部）进行粗化，粗化的技术措施包括喷砂、蚀纹或将其制作成微透镜阵列等。本实施例中，透镜的入光凹部12形成于本体1相反于出光部所在的一侧，即本体下方，入光凹部12可供容置LED光源，本实施例中，入光凹部12具有呈自由曲面的入光表面121，可以根据所选LED光源来改变该入光部12的尺寸，也可以通过改变该入光表面的形状来调整LED光束通过透镜后的光斑形状以适用于不同形状的背光源和平面灯，该入光表面可以是旋转对称的子弹头形状，也可以是非旋转对称的其它形状。为了保证所述透镜的旋转对称中心与LED光源中心重合，本实施例中，在所述透镜的入光面121一侧增加3条或以上定位柱（图中未画出），所述定位柱可以是倒圆台形或别的形状。本实用新型中，从透镜的旋转对称轴往外，所述透镜的厚度先是逐渐增大然后又逐渐减小，LED光束通过该透镜传播后得到扩展从而可改善其光强分布。 

下面将以两个具体实例对本实用新型的结构做进一步说明。 

实施例1：请参阅附图1、图2和图3，本实用新型LED透镜的一个较佳实施例为采用透光材质一体成型制成，本实施例中，LED透镜包含一透光材质本体1，本体1上设有一出光部11和一入光凹部12。本实施例中，出光部11呈中间凹主体凸的非球形旋转对称，本实施例中，出光部11的轴切面由中间至外侧呈弧形分布，将其进行旋转形成出光部11。出光部11形成于本体1上方并具有一呈自由曲面的出光表面111，该出光表面111由向内凹的中间部分112和向外凸的主体部分113两部分构成，且两部分具有平滑连接，即两段弧线相切，或者两段弧线相交点呈圆弧倒角形。入光凹部12形成于本体1相反于出光部11所在的一侧，即本体1下方，可供容置LED光源，入光凹部同样具有呈自由曲面的入光表面121。可以根据所选LED光源来改变入光部12的尺寸，也可以通过改变入光表面121和出光表面111的形状来调整LED光束通过该透镜后的光斑形状以适用于不同形状的背光源和平面灯，本实施例的入光表面121呈旋转对称，本实施例中，入光表面121轴切面呈抛物线形。 

如图1至图3所示，LED光源发出的光经入光表面121进入本体1并由出光表面111射出时，借由入光表面121和出光表面111的折射，可形成一定的出光角，且借由入光表面121和出光表面111的曲面设计，可使光线均匀分布于出光表面111一侧。图4是实施例1的光强分布图。 

实施例2：参阅图5、图6、图7和图8，本实施例的LED透镜同样包含一透光材质本体1，本体1上设有一出光部11和一入光凹部12。与实施例1相同的是，此实施例的出光部11形成于本体1一侧，并具有一呈自由曲面的出光表面111，该出光表面111由向内凹的中间部分112和向外凸的主体部分113两部分构成，且两部分具有平滑连接，本实施例中，出光部11的轴切面由中间至外侧呈弧形分布，将其进行旋转形成出光部11。入光凹部12形成于本体相反于出光部所在的一侧可供容置LED光源，可以根据所选LED光源来改变入光部12的尺寸。与实施例1的不同之处在于，本实施例的入光表面121呈非旋转对称，在分别沿X和Y轴向的剖面图中，具有不同的第一入光表面轮廓线1211和第二入光表面轮廓线1212，入光表面1211和1212通过适当的过渡实现平滑连接并形成连续的自由曲面，即本实施例中的入光表面121呈半椭球形。对于本实施例，同样可以通过改变入光表面121和出光表面111的形状来调整LED光束通过该透镜后的光斑形状以适用于不同形状的背光源和平面灯。 

如图5至图8所示，LED光源发出的光经入光表面121进入本体1并由出光表面111射出时，借由入光表面121和出光表面111的折射，可形成一定的出光角，且借由入光表面121和出光表面111的曲面设计，可使光线均匀分布于出光表面111一侧。图9是实施例2的光强分布图。 

本实用新型借由入光表面与出光表面的结构设计，使得LED光源具有适合背光源和平面灯的光强分布及光形，所以确实能够达到本实用新型的目的。 

以上所述仅仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型任何形式上的约束，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案范围内，利用上述揭示的技术内容进行适当更改或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所进行的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本实用新型技术方案的范围。 

Claims (9)

1.一种LED透镜，其特征是：所述的透镜包括透明材质制成的本体、出光部和入光凹部，所述的出光部的外形呈中间凹主体凸的非球形旋转对称，并具有一个呈自由曲面的出光表面。

2.根据权利要求1所述的LED透镜，其特征是：所述的出光部的轴切面由中间至外侧呈弧形分布，将其进行旋转形成出光部。

3.根据权利要求1所述的LED透镜，其特征是：可对所述的出光表面进行粗化处理。

4.根据权利要求3所述的LED透镜，其特征是：所述的粗化技术措施包括喷砂、蚀纹或将其制作成微透镜阵列。

5.根据权利要求1所述的LED透镜，其特征是：所述的入光凹部具有呈自由曲面的入光表面。

6.根据权利要求5所述的LED透镜，其特征是：所述的入光表面呈旋转对称。

7.根据权利要求6所述的LED透镜，其特征是：所述的入光表面轴切面呈抛物线形。

8.根据权利要求5所述的LED透镜，其特征是：所述的入光表面呈半椭球形。

9.根据权利要求1所述的LED透镜，其特征是：可在所述的本体上入光凹部一侧设置三个或三个以上的定位柱。

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