專利名稱：一種發(fā)光二極管透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管透鏡。
背景技術(shù)：
大功率發(fā)光二極管是一種定向發(fā)光的點(diǎn)光源，需要使用光學(xué)
透鏡來定向改變光強(qiáng)分布曲線，光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)會(huì)影響發(fā)光二極管的光源轉(zhuǎn)換 率，好的光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)不僅能調(diào)整發(fā)光二極管的發(fā)光亮度均勻性和色彩均勻 性，還能最大限度提高光源轉(zhuǎn)換率，并且減少光源眩光
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光二極管透鏡，使用光學(xué)透鏡 來定向改變光強(qiáng)分布，改善發(fā)光二極管的發(fā)光亮度均勻性和色彩均勻性，最大 限度提高光源轉(zhuǎn)換率，減少光源眩光。
本發(fā)明公開的一種發(fā)光二極管透鏡，形狀為被一個(gè)平面截取的部分球 體，所述部分球體中有一個(gè)具有圓形穹頂?shù)目涨?，截面的形狀是由兩個(gè)不同心
的圓組成的圓環(huán)；所述圓形官頂?shù)目涨坏闹行呐c球體的中心不重合，所述透鏡
一側(cè)的厚度比另一側(cè)薄。
本發(fā)明公開的發(fā)光二極管透鏡，還具有如下從屬技術(shù)特征
所述截面中的兩個(gè)不同心的圓是不規(guī)則的，所述部分球體的外表面也是不
規(guī)則的。
所述透鏡在所述圓形穹頂?shù)目涨坏捻敹藢?duì)應(yīng)的部分球體的表面，向下凹陷 使得透鏡的厚度變薄。
以所述透鏡出光面指向光源中心和入光面交點(diǎn)之間的最短距離h為透鏡基 本厚度，所述透鏡出光面指向光源中心并且和入光面交點(diǎn)之間的最大距離H為 透鏡參考厚度;所述透鏡基本厚度h和透鏡參考厚度H的比例關(guān)系為:7 5h > H >h 。
設(shè)光源中軸線上透鏡曲面點(diǎn)切線和光源軸線的最小夾角b為透鏡中心切線 夾角，則透鏡中心切線夾角的角度為90° > b >48°
3說 設(shè)透鏡出光曲面邊緣的任意一點(diǎn)指向光源中心的連接線和光源中軸線的夾
角a為透鏡曲面夾角，則透鏡曲率面夾角的角度為a《45° 。
所述透鏡的入光面和透鏡的出光面為鏡面；或者所述透鏡的入光面為非鏡 面，出光面為鏡面。
本發(fā)明公開的一種發(fā)光二極管透鏡，由于采用了特定的透鏡形狀，可以獲 得特定的光強(qiáng)分布，同時(shí)光源轉(zhuǎn)換率更高，整體上提高了發(fā)光二極管的發(fā)光亮度 均勻性和色彩均勻性，減少了光源眩光。


圖1為本發(fā)明的不對(duì)稱型全透鏡的一個(gè)實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)圖和剖面圖。 圖2為如圖1所示的全透鏡的光強(qiáng)分布圖。
圖3為本發(fā)明的不對(duì)稱型全透鏡的另一個(gè)實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)圖和剖面圖。 圖4為如圖3所示的全透鏡的光強(qiáng)分布圖。 圖5為透鏡基本厚度示意圖。 圖6為透鏡參考厚度示意圖。
圖7是透鏡曲率面夾角和透鏡中心切線夾角示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖l所示，為本發(fā)明的不對(duì)稱型全透鏡的實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)圖和剖面圖， 透鏡的形狀為一個(gè)球體凈皮一個(gè)平面截取的部分，再在截取的部分球體中挖出一 個(gè)具有圓形穹頂?shù)目涨?，成為一個(gè)中空的部分球體。這個(gè)官頂空腔的中心與球 體的中心不重合，從而使得透鏡的一側(cè)的厚度比另一側(cè)??；中空的部分球體的 截面形狀是由兩個(gè)不同心的圓組成的圓環(huán)，這兩個(gè)不同心的圓可以是不關(guān)見則的， 中空的部分球體的外表面也可以是不規(guī)則的。這個(gè)截面就是透鏡的透鏡區(qū)與非 透鏡區(qū)的分界面。發(fā)光二極管位于這個(gè)截面之上、透鏡之下、為 鏡所覆蓋。
如圖2所示為本發(fā)明的不對(duì)稱型全透鏡的一個(gè)實(shí)施例的光強(qiáng)分布圖，可見在相互垂直同時(shí)又垂直于截面上其光強(qiáng)分布圖也是不對(duì)稱的，在透鏡比較厚的 一邊對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)更強(qiáng)，面積分布更廣。在透鏡比較薄的另外三邊對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)比 較弱，分布面積比較小。調(diào)整透鏡的厚度和分布參數(shù)調(diào)整光強(qiáng)分布圖形狀，從 而獲得所需要的光強(qiáng)發(fā)布。
如圖3所示為本發(fā)明的不對(duì)稱型全透鏡的另一個(gè)實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)圖和剖 面圖，這個(gè)透鏡的形狀與如圖1所示的透鏡的不同之處在于，在所述宮頂空腔 的頂端對(duì)應(yīng)的部分中空球體的表面，向下凹陷使得透鏡的厚度變薄，并且凹陷 部位的一側(cè)的透鏡厚度比另 一側(cè)薄。
如圖4所示為如圖3所示的透鏡的光強(qiáng)分布圖，在相互垂直同時(shí)又垂直于 截面的面上其光強(qiáng)分布圖也是不對(duì)稱的，在透鏡比較厚的一邊對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)更強(qiáng)， 面積分布更廣。在透鏡比較薄的另外三邊對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)比較弱，分布面積比較小。 同樣可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整光強(qiáng)分布圖形狀。
在本發(fā)明的透鏡中，中空的部分球體的內(nèi)表面為透鏡的入光面，外表面為 透鏡的出光面。
發(fā)光二極管位于透鏡區(qū)與非透鏡區(qū)的分界面之上、透鏡之下、為透鏡所覆 蓋，這就是光源的物理發(fā)光區(qū)。發(fā)光二極管的光源物理發(fā)光區(qū)域的最大截面的 中心點(diǎn)稱為光源中心點(diǎn)，從出光面垂直指向透鏡區(qū)與非透鏡區(qū)的分界面并和光 源中心點(diǎn)連接的直線稱為光源中軸線。
光學(xué)透鏡一般以光學(xué)級(jí)PMMA/PC材料，以注塑或擠出的方式制成，本發(fā)明 的透鏡入光面和光源物理出光面均勻緊密接近，并且入光面根據(jù)需要可生成光 滑鏡面、磨砂面、點(diǎn)面或齒形面。透鏡上光線從透鏡出來的物理表面為出光面， 圖1和圖3所示的透鏡在不規(guī)則的部分球體上由相同曲率或不同曲率組合生成 的出光面，根據(jù)需要也可生成光滑鏡面，磨砂面，點(diǎn)面或齒形面。從光源中心發(fā) 出的光在垂直于厚度的平面上直接進(jìn)入透鏡，再折射到空氣中。光學(xué)透鏡的所 有光線都以折射出光為基本要求，同時(shí)滿足光強(qiáng)有效分布，使光源系統(tǒng)轉(zhuǎn)換率 最大化，實(shí)現(xiàn)光源亮度和色彩均勻性要求。當(dāng)透鏡的入光面為鏡面時(shí)從光源中心點(diǎn)發(fā)出的入射光直接進(jìn)入透鏡內(nèi)；當(dāng) 透鏡的入光面為非鏡面時(shí)入射光會(huì)在入光面部分發(fā)生無效反射。本發(fā)明中光源 LED的發(fā)免區(qū)為半球形，實(shí)際應(yīng)用中，光源LED的發(fā)光區(qū)還可以是平圓或凹圓發(fā) 光光源，本發(fā)明的技術(shù)方案完全可以應(yīng)用于這兩種光源。
當(dāng)出光面為鏡面時(shí)，射出透鏡的光不改變方向進(jìn)入空氣中；當(dāng)出光面為非 鏡面時(shí)，射出透鏡的光會(huì)改變?yōu)椴煌姆较蜻M(jìn)入空氣中。
在本發(fā)明中透鏡入光面和光源物理出光面均勻緊密接近，盡可能減少光通 量在空氣介質(zhì)中的距離傳導(dǎo)損失，光滑鏡面要求是在不改變?cè)庠垂饩€的路徑 直接進(jìn)入透鏡中，實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要，適當(dāng)進(jìn)行霧化處理，霧化處理 提前改變了光線路徑，但會(huì)有一定的光通量損失。
透鏡出光面指向光源中心和入光面相交之間的最短距離h為透鏡基本厚度， 其位置在光源中心線上或出光面邊緣線上，如圖5所示。
透鏡出光面指向光源中心和和入光面相交之間的最大距離H為透鏡參考厚 度,其位置在光源中心線以外區(qū)域，如圖6所示。透鏡參考設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，透鏡參考
厚度和基本厚度有一定的配比關(guān)系，曲面角度和中心切線角度設(shè)定一定的范圍， 目的是使所有光線均以一次折射出光；折射出去的光強(qiáng)分布角度控制是有效方 向的，否則容易出現(xiàn)無效分布，無法利用造成系統(tǒng)光通量損失。
透鏡.出光曲面邊緣的任意一點(diǎn)指向光源中心的連接線和光源中軸線的夾角 a為透鏡曲面夾角。如圖7所示。
光源中軸線上透鏡曲面點(diǎn)切線和光源軸線的最小夾角b為透鏡中心切線夾 角。如圖7所示。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，二次透鏡的基本厚度h和透鏡參考厚度H的比 例關(guān)系如下
7. 5h>H>h 透鏡曲率面夾角 a < 45°透鏡中心切線夾角 90° > b >48°
本發(fā)明的透鏡出光面是由相同曲面或不同曲面組合而成，且不同曲面數(shù)n > 2;由于透鏡設(shè)計(jì)本身已經(jīng)改變了進(jìn)入透鏡面的光線路徑，所以要求透鏡出光 面為光滑鏡面，因?yàn)樵谶_(dá)到設(shè)計(jì)光強(qiáng)分布的要求的情況下，鏡面處理最好,有時(shí) 很難達(dá)到分布要求或?yàn)檫M(jìn)一步降低眩光影響，也可以進(jìn)行全部或局部霧化處理。
霧化處理是改變透鏡光線路徑，光通量損失相對(duì)較小。
本發(fā)明公開的發(fā)光二極管二次透鏡，光源轉(zhuǎn)換率可達(dá)92%以上，產(chǎn)品亮度均 勻性和色彩均勻性可達(dá)80%以上，可以最低限度的降低光源的使用數(shù)量，從而最 大限度的節(jié)省功耗。產(chǎn)品陣列規(guī)格設(shè)計(jì)靈活，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)容易。
本方案設(shè)計(jì)上進(jìn)行了光強(qiáng)均勻性調(diào)整，降低了眩光影響，因此不需要額外 輔助結(jié)構(gòu)材料處理相關(guān)影響，透鏡本身既可以發(fā)揮透鏡功能，又可以兼外觀防 護(hù)件作用；同時(shí)因高效率轉(zhuǎn)換,相應(yīng)的散熱成本也跟隨降4氐，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)成本最低。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管透鏡，其特征在于，所述透鏡的形狀為被一個(gè)平面截取的部分球體，所述部分球體中有一個(gè)具有圓形穹頂?shù)目涨?，截面的形狀是由兩個(gè)不同心的圓組成的圓環(huán)；所述圓形穹頂?shù)目涨坏闹行呐c球體的中心不重合，所述透鏡一側(cè)的厚度比另一側(cè)薄。
2. 如權(quán)1所述的發(fā)光二極管透鏡，其特征在于，所述截面中的兩個(gè)不同心的圓是不規(guī)則的，所述部分球體的外表面也是不規(guī)則的。
3. 如權(quán)1所述的發(fā)光二極管透鏡，其特征在于，所述透鏡在所述圓形官頂?shù)目涨坏捻敹藢?duì)應(yīng)的部分球體的表面，向下凹陷^吏得透鏡的厚度變薄。
4. 如權(quán)1、 2或者3所述的發(fā)光二極管透鏡，其特征在于，以所述透鏡出光面指向光源中心和入光面交點(diǎn)之間的最短距離h為透鏡基本厚度，所述透鏡出光面指向光源中心并且和入光面交點(diǎn)之間的最大距離H為透鏡參考厚度；所述透鎮(zhèn)基本厚度h和透鏡參考厚度H的比例關(guān)系為7. 5h>H>h 。
5. 如權(quán)1、 2或者3所述的發(fā)光二極管透鏡，其特征在于，設(shè)光源中軸線上透鏡曲面點(diǎn)切線和光源軸線的最小夾角b為透鏡中心切線夾角，則透鏡中心切線夾角的角度為90° > b >48° 。
6. 如權(quán)1、 2或者3所述的發(fā)光二極管透鏡，其特征在于，設(shè)透鏡出光曲面邊緣的任意一點(diǎn)指向光源中心的連接線和光源中軸線的夾角a為透鏡曲面夾角，則透鏡曲率面夾角的角度為a《45° 。
7. 如權(quán)1、 2或者3所述的發(fā)光二極管透4免，其特征在于，所述透4竟的入光面和透鏡的出光面為鏡面；或者所述透鏡的入光面為非鏡面，出光面為鏡面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管透鏡，形狀為被一個(gè)平面截取的部分球體，所述部分球體中有一個(gè)具有圓形穹頂?shù)目涨?，截面的形狀是由兩個(gè)不同心的圓組成的圓環(huán)；所述圓形穹頂?shù)目涨坏闹行呐c球體的中心不重合，所述透鏡一側(cè)的厚度比另一側(cè)薄。本發(fā)明公開的一種發(fā)光二極管透鏡，由于采用了特定的透鏡形狀，可以獲得特定的光強(qiáng)分布，同時(shí)光源轉(zhuǎn)換率更高，整體上提高了發(fā)光二極管的發(fā)光亮度均勻性和色彩均勻性，減少了光源眩光。
文檔編號(hào)F21V5/04GK101639198SQ20091010949
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月24日
發(fā)明者呂志明, 宋恒柱, 波 肖 申請(qǐng)人:深圳市九拓光電有限公司