專(zhuān)利名稱(chēng)：用于led光源封裝的透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于LED光源封裝的透鏡，屬于LED光源應(yīng)用領(lǐng)域。
技術(shù)背景在現(xiàn)有技術(shù)中，用于路燈的LED光源的封裝一般采用Lambert ian型或 batwing型，這兩種結(jié)構(gòu)存在的主要問(wèn)題是需采用二次光學(xué)設(shè)計(jì)，才能 得到矩形或蝙蝠翼型光強(qiáng)分布均勻的光斑，但二次光學(xué)器件吸收了一部分 光線，降低了 LED燈具的光效率。為了解決以上問(wèn)題，人們一直在尋求一種理想的技術(shù)解決方案。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供一種能輸出矩形光斑、 光效率高、射出光光強(qiáng)分布均勻的用于LED光源封裝的透鏡。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于LED光源封裝的透鏡，該透 鏡包含有一個(gè)曲面型上表面和一個(gè)平面型下表面；所述上表面滿(mǎn)足條件經(jīng)過(guò)所述透鏡并射出所述上表面的光線與所述下表面法向的夾角6小 于6c，其中，15°<6c<75°;經(jīng)過(guò)所述透鏡并射出所述上表面的光線的光強(qiáng)度1(6)= i(e。)/cos^e),其中，ne。)為經(jīng)過(guò)所述透鏡并射出所述上表面的、且與所述 下表面法向的夾角e為o的光線的光強(qiáng)度?；谏鲜?，所述透鏡的折射率為1. 3~ 3. 5?；谏鲜?，所述透鏡包括一個(gè)用于放置LED芯片的腔體，所述腔體與所述LED芯片之間填充透明材料，所述透明材料的折射率為1. 3~ 1. 5，所 述透明材料的折射率與所述透鏡的折射率之差A(yù)n小于1. 0?；谏鲜?，所述透鏡包括一個(gè)用于放置一個(gè)采用半球形透鏡封裝的 LED芯片的腔體，所述腔體的形狀與所述半球形透鏡的形狀相吻合，所述 腔體與所述半球形透鏡之間填充透明材料，所述透明材料的折射率為 1. 3~ 1. 5,所述透明材料的折射率與所述透鏡的折射率之差A(yù)n小于1. 0?；谏鲜?，所述透鏡包括一個(gè)用于放置一個(gè)釆用半球形透鏡封裝的 LED芯片的腔體，所述腔體的形狀與所述半球形透鏡的形狀相吻合，所述 腔體與所述半球形透鏡之間設(shè)置有 一 空氣腔。本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步性，具體的說(shuō)， 有以下優(yōu)點(diǎn)1、 該透鏡高效的將近似點(diǎn)的LED芯片光源發(fā)出的光導(dǎo)出，并將光限制 在一定角度內(nèi)出射，投射平面上形成均勻的矩形光束，消除了發(fā)光二極管 多余光給人眼帶來(lái)的危害性，有效地提高了光利用率；而且，角度內(nèi)的光 能分布系數(shù)從零度按1/cos2 6規(guī)律遞增，在平面上的光照度值近似一致，具 有光強(qiáng)分布均勻的特點(diǎn)。2、 該透鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，制作簡(jiǎn)單，便于LED光源封裝；3、 該透鏡也可以封裝除發(fā)光二極管以外的其它任意近似點(diǎn)光源，可廣 泛應(yīng)用于射燈、礦燈、投影儀、路燈、隧道燈、白熾燈、卣素?zé)舻绕骷稀?br>

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述透鏡在對(duì)稱(chēng)面上的光路圖；圖3為本發(fā)明所述透鏡的遠(yuǎn)場(chǎng)照度分布模擬圖；圖4為本發(fā)明所述透鏡和多個(gè)LED芯片配合使用的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明所述透鏡具有緊密配合使用的常規(guī)封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6為本發(fā)明透鏡具有非接觸配合使用的常規(guī)封裝結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 實(shí)施例一如圖1所示， 一種用于LED光源封裝的透鏡，該透鏡包含有一個(gè)曲面 型上表面和一個(gè)平面型下表面； 所述上表面滿(mǎn)足條件經(jīng)過(guò)所述透鏡并射出所述上表面的光線與所述下表面法向的夾角6小 于6c，其中，15°<6c<75°;經(jīng)過(guò)所述透鏡并射出所述上表面的光線的光強(qiáng)度1(6)= 1(6。)/cos"e)，其中，1(e。)為經(jīng)過(guò)所述透鏡并射出所述上表面的、且與所述下表面法向的夾角e為0的光線的光強(qiáng)度；其中，6 c可以選擇15°至75。之間任意角度，其值取決于所需路面上 照度均勾光斑的長(zhǎng)度L與光源距路面的距離H之比，具體地說(shuō)，6c與L、 H 之間滿(mǎn)足下述關(guān)系tg(S c)=L/(2 x H)。所述透鏡進(jìn)一 步包括一個(gè)用于放置LED芯片的腔體，所述腔體與所述 LED芯片之間填充有透明材料，所述透明材料的折射率為1. 3~ 1. 5，所述 透明材料的折射率與所述透鏡的折射率之差A(yù)n小于1. 0。在圖1中，所述透鏡1的俯視圖為一個(gè)具有四個(gè)相同圓倒角的矩形。為了更進(jìn)一步的說(shuō)明本發(fā)明所述的透鏡，通過(guò)垂直于所述平面型下表 面中心的兩組對(duì)稱(chēng)面(53, 54 )將所述透鏡1的上表面分割為四個(gè)對(duì)稱(chēng)的 對(duì)稱(chēng)曲面(11, 12, 13, 14),其中，兩組對(duì)稱(chēng)面(53, 54 )彼此垂直；透鏡1的作用是改變并限制LED芯片2發(fā)射光線的角度，即，LED芯 片2發(fā)射的光線經(jīng)透鏡下表面到達(dá)透鏡上表面的對(duì)稱(chēng)曲面11或12或13 或14后j艮據(jù)光學(xué)折射定律，光線發(fā)射折射，通過(guò)改變射出對(duì)稱(chēng)曲面11或12或13或14的光線的角度達(dá)到集中光束的目的。如圖2所示，以構(gòu)成透鏡1上表面的對(duì)稱(chēng)曲面11為例，具體說(shuō)明光線 路徑；因?qū)ΨQ(chēng)曲面11和對(duì)稱(chēng)曲面12關(guān)于對(duì)稱(chēng)面54對(duì)稱(chēng)，對(duì)稱(chēng)曲面11和對(duì) 稱(chēng)曲面14關(guān)于對(duì)稱(chēng)面53對(duì)稱(chēng)，對(duì)稱(chēng)曲面12和對(duì)稱(chēng)曲面13關(guān)于對(duì)稱(chēng)面53 對(duì)稱(chēng)，所以，在此只討^淪對(duì)稱(chēng)曲面11;規(guī)定6c為對(duì)稱(chēng)曲面11的限制光線角度；由LED芯片2射出的光線21從透鏡1的下表面射入透鏡1，并從透鏡1 的對(duì)稱(chēng)曲面ll射出并發(fā)生折射，出射為光線22，該光線22與下表面法向31 的夾角設(shè)定等于6c;則入射角度小于21的光線都經(jīng)過(guò)對(duì)稱(chēng)曲面ll后發(fā)生折射，出射光線的 方向被限制在0~ 6 c內(nèi)；則入射角度大于21的光線都經(jīng)過(guò)對(duì)稱(chēng)曲面ll后發(fā)生折射，出射光線的 方向也被限制在6c內(nèi)，該部分光線用來(lái)增加角度為6c附近的光線的光 強(qiáng)；最終，LED芯片發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)透鏡1后，使得出射光線分別按照一 定的角度射出，在遠(yuǎn)場(chǎng)形成一個(gè)矩形或橢圓形的光照范圍，而且在光照范圍 內(nèi)滿(mǎn)足光強(qiáng)分布1(6)= 1(e。)/cos2(6)。圖3是LED芯片封裝于本發(fā)明透鏡1后在遠(yuǎn)場(chǎng)的平面接收屏上的照度 分布模擬圖，其中，所述平面接收屏距離光源大于1米；由圖3可見(jiàn)，LED芯片發(fā)出的光經(jīng)本發(fā)明所述透鏡轉(zhuǎn)換后可以在平面屏 上形成一個(gè)照度比較均勻的矩形光斑。圖4是透鏡1和多個(gè)LED芯片2配合使用的基本結(jié)構(gòu)示意圖，所述透 鏡l底部共放置了 7個(gè)LED芯片2，并且沿所述透鏡1下表面的長(zhǎng)度方向的 中心軸線3 —字排列；所述LED芯片2的尺寸取lmm x lmm。本發(fā)明中，LED芯片2可以是常規(guī)尺寸的LED ( 350umx 350um),也可以是功率型的LED ( lmmx lmm ) ; LED芯片2上可以涂敷有熒光粉；LED芯片2的光線從透鏡1的底面入射，其本身具有的光強(qiáng)分布表達(dá)式 為:IUD(6n)= I(e圓)xC0S(6n),其中，ILED ( 6 n)為，垂直于LED主出 光面的任意截面內(nèi)，與LED主出光面的法向的夾角為6n的方向的光強(qiáng)度； I(eLED。)為，垂直于LED主出光面的任意截面內(nèi)，與LED主出光面的法向的 夾角為零度方向的光強(qiáng)度。本發(fā)明中，所述透鏡1可以采用一系列的方法來(lái)制作，包括模具注塑、 灌注脫模、金剛石道具加工等方法；所述透鏡1的制作材料可以是但不限于聚曱基丙烯酸(PMMA)、聚碳 酸酯(PC) 、 PEI、 COC等；所述透鏡1所用材料是透明材料，透光率要求 大于70%，其還可以是某種有顏色的材料。實(shí)施例二圖5是本發(fā)明所述透鏡具有緊密配合使用的常規(guī)封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；本實(shí)施例與實(shí)施例一不同之處在于所述透鏡1包括一個(gè)用于放置一 個(gè)采用半球形或類(lèi)似半球形的透鏡封裝的LED芯片2的腔體61,所述腔體 61的形狀與所述半球形或類(lèi)似半球形的透鏡的形狀相吻合，所述腔體61 與所述半球形或類(lèi)似半球形的透鏡之間填充透明材料，所述透明材料的折 射率為1.3-1.5，所述透明材料的折射率與所述透鏡的折射率之差A(yù)n小 于1.0;所述透明材料是透明樹(shù)脂材料。制作時(shí)，采用一個(gè)半球形或類(lèi)似半球形的透鏡與LED芯片2封裝在一 起，以此構(gòu)成傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)60;再采用透明樹(shù)脂材料將透鏡1的腔體61 和傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)60的透鏡粘接，粘接用的透明樹(shù)脂材料的折射率與所述透 鏡1所用材料的折射率、傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)60的透鏡所用材料的折射率匹配；通過(guò)所述透鏡1和常規(guī)封裝結(jié)構(gòu)60緊密粘接配合，能夠使LED光源芯 片發(fā)出的光在平面的屏上形成一個(gè)照度比較均勻的矩形光斑。實(shí)施例三圖6是本發(fā)明透鏡具有非接觸配合使用的常規(guī)封裝結(jié)構(gòu)的示意圖。 本實(shí)施例與實(shí)施例二不同之處在于所述腔體61與所述半球形透鏡之間具有一空氣腔62,即，所述腔體61的體積大于傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)60，使所述透鏡1與常規(guī)封裝結(jié)構(gòu)60之間形成一個(gè)空氣腔62;通過(guò)所述透鏡1和常規(guī)封裝結(jié)構(gòu)60存在的空氣腔62的非接觸配合使用，能夠使L E D光源芯片發(fā)出的光在平面的屏上形成 一 個(gè)照度比較均勻的矩形光斑。最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其 限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者對(duì)部分技 術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā) 明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種用于LED光源封裝的透鏡，其特征在于該透鏡包含有一個(gè)曲面型上表面和一個(gè)平面型下表面；所述上表面滿(mǎn)足條件經(jīng)過(guò)所述透鏡并射出所述上表面的光線與所述下表面法向的夾角θ小于θc，其中，15°＜θc＜75°；經(jīng)過(guò)所述透鏡并射出所述上表面的光線的光強(qiáng)度I(θ)＝I(θ0)/cos2(θ)，其中，I(θ0)為經(jīng)過(guò)所述透鏡并射出所述上表面的、且與所述下表面法向的夾角θ為0的光線的光強(qiáng)度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED光源封裝的透鏡，其特征在于所 述透鏡的折射率為1. 3~ 3. 5。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于LED光源封裝的透鏡，其特征在于 所述透鏡包括一個(gè)用于放置LED芯片的腔體，所述腔體與所述LED芯片之 間填充透明材料，所述透明材料的折射率為1. 3~ 1. 5，所述透明材料的折 射率與所述透鏡的折射率之差A(yù)n小于1. 0。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于LED光源封裝的透鏡，其特征在于 所述透鏡包括一個(gè)用于放置一個(gè)采用半球形透鏡封裝的LED芯片的腔體， 所述腔體的形狀與所述半球形透鏡的形狀相吻合，所述腔體與所述半球形 透鏡之間填充透明材料，所述透明材料的折射率為1. 3~ 1. 5，所述透明材 料的折射率與所述透鏡的折射率之差A(yù)n小于1.0。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于LED光源封裝的透鏡，其特征在于 所述透鏡包括一個(gè)用于放置一個(gè)采用半球形透鏡封裝的LED芯片的腔體， 所述腔體的形狀與所述半球形透鏡的形狀相吻合，所述腔體與所述半球形 透鏡之間設(shè)置有 一 空氣腔。全文摘要
本發(fā)明提供一種用于LED光源封裝的透鏡，該透鏡包含有一個(gè)曲面型上表面和一個(gè)平面型下表面；所述上表面滿(mǎn)足條件經(jīng)過(guò)所述透鏡并射出所述上表面的光線與所述下表面法向的夾角θ小于θc，其中，15°＜θc＜75°；經(jīng)過(guò)所述透鏡并射出所述上表面的光線的光強(qiáng)度I(θ)＝I(θ₀)/cos²(θ)，其中，I(θ₀)為經(jīng)過(guò)所述透鏡并射出所述上表面的、且與所述下表面法向的夾角θ為0的光線的光強(qiáng)度。該透鏡高效的將近似點(diǎn)的LED芯片光源發(fā)出的光導(dǎo)出，并將光限制在一定角度內(nèi)出射，投射平面上形成均勻的矩形光束，消除了發(fā)光二極管多余光給人眼帶來(lái)的危害性，有效地提高了光利用率；而且，角度內(nèi)的光能分布系數(shù)從零度按1/cos²θ規(guī)律遞增，在平面上的光照度值近似一致，具有光強(qiáng)分布均勻的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F21V5/04GK101230968SQ20081004914
公開(kāi)日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月23日
發(fā)明者璐 吳 申請(qǐng)人:生茂光電科技股份有限公司