專利名稱：Led透鏡及含有該led透鏡的led燈具的制作方法
LED透鏡及含有該LED透鏡的LED燈具
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透鏡，特別是涉及一種LED透鏡及含有該LED透鏡的LED燈具。背景技術(shù)：
LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等特點。 在全球能源短缺日益嚴(yán)重的今天，LED的在照明方面的應(yīng)用備受關(guān)注，已經(jīng)涌現(xiàn)出一系列猶如LED面板燈之類的產(chǎn)品。LED面板燈的產(chǎn)生是在背光的基礎(chǔ)上衍生出來的一種均勻性較好的照明燈具，實現(xiàn)光線均勻、柔和、明亮、無眩光。現(xiàn)階段LED面板燈主要是直射式、側(cè)入式和混合式。照度和均勻度作為考驗LED面板燈的重要指標(biāo)，在原理方面來看，側(cè)發(fā)光面板燈的主件是導(dǎo)光板，在導(dǎo)光板上印刷大小隨著一定規(guī)律變化的散射網(wǎng)點，是的光線擴散成面光源，但其由于使用了導(dǎo)光板，光效率低，使得其成本高，以及散熱嚴(yán)重而導(dǎo)致的光衰。在實施方面來看，直射式可行性更好，工藝簡單而且不需要導(dǎo)光板，陣列LED后進過擴散板后可以形成良好的面光源出射。但是直射式LED燈在提高均勻度的同時，會增加燈具的總厚度。為了降低混光區(qū)域的厚度，采用LED透鏡重新分配光線的分布，使LED光源的光斑擴散開來。然而，傳統(tǒng)的LED透鏡的出光不夠均勻。

發(fā)明內(nèi)容鑒于上述狀況，有必要提供一種出光較為均勻的LED透鏡。一種LED透鏡，具有底面，形成有LED收容槽；頂面，與所述底面相對設(shè)置，所述頂面形成有與所述LED收容槽相對的倒圓錐形凹槽，所述倒圓錐形凹槽的側(cè)壁為全反射面；及弧形側(cè)面，位于所述底面與所述頂面之間；其中，LED發(fā)射的光線從所述LED收容槽的側(cè)壁折射到所述LED透鏡內(nèi)，一部分光線被所述倒圓錐形凹槽的側(cè)壁反射，另一部分光線直接從所述弧形側(cè)面折射出。進一步地，所述LED透鏡包括半球形的本體。進一步地，所述LED透鏡還包括設(shè)于所述本體的小頭端的倒圓臺形的凸臺，所述頂面形為所述凸臺的大頭端的端面。進一步地，所述LED收容槽為圓臺形，其小頭端靠近所述倒圓錐形凹槽設(shè)置。進一步地，所述凸臺、本體、倒圓錐形凹槽、LED收容槽的對稱軸共線。進一步地，所述倒圓錐形凹槽的側(cè)壁形成有菲涅爾凸起結(jié)構(gòu)。進一步地，所述菲涅爾凸起結(jié)構(gòu)為多個同心的臺階狀的圓環(huán)凸起或多個同心的鋸齒狀的圓環(huán)凸起。進一步地，所述LED透鏡還包括設(shè)于所述本體的大頭端的圓盤形的固定部，所述底面為所述固定部的外側(cè)面。
同時，本發(fā)明還提供一種LED燈具。一種LED燈具，包括多個上述LED透鏡，呈陣列排布；多個LED，分別收容于所述多個LED透鏡的LED收容槽內(nèi)；及擴散板，設(shè)于所述多個LED透鏡的頂面所在一側(cè)。進一步地，還包括位于所述多個LED透鏡的LED收容槽所在一側(cè)、且與所述多個 LED電連接的PCB板或/及位于所述多個LED透鏡的LED所在一側(cè)的保護板。上述LED透鏡的LED收容槽及倒圓錐形凹槽構(gòu)成二次光學(xué)結(jié)構(gòu)，從而將點光源轉(zhuǎn)換為面光源，并且經(jīng)過多次反射和折射后，使得LED透鏡的出光較為均勻。


圖1為本發(fā)明實施方式一的LED燈具的示意圖2為圖1所示LED燈具的LED透鏡的立體圖3為圖2所示LED透鏡的剖面圖4為圖1所示的LED燈具的LED透鏡的配光曲線圖5為圖1所示的LED燈具的LED透鏡的照度光斑示意圖
圖6為本發(fā)明實施方式二的LED透鏡的示意圖7為圖6所示LED透鏡的剖面圖8為本發(fā)明實施方式三的LED透鏡的示意圖9為圖8所示LED透鏡的剖面圖。
具體實施方式
為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、 “右”以及類似的表述只是為了說明的目的。除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。請參閱圖1，本發(fā)明實施方式一的LED燈具10包括LED透鏡100、LED 200、擴散板 300 及 PCB 板 400。LED透鏡100為多個，呈陣列排布，例如，可呈多個同心的圓環(huán)排布，矩形陣列式排布，多個并列的圓環(huán)式排布等。請參閱圖2及圖3，LED透鏡100具有底面101、頂面103及弧形側(cè)面105。底面101
4與頂面103相對設(shè)置。LED透鏡100在底面101上形成有LED收容槽102。LED透鏡100在頂面103形成有與LED收容槽102相對的倒圓錐形凹槽104。倒圓錐形凹槽104的側(cè)壁為全反射面?；⌒蝹?cè)面105位于底面101與頂面103之間，弧形側(cè)面105為LED透鏡100的出光面。其中，LED 200發(fā)射的光線從LED收容槽102的側(cè)壁折射到LED透鏡100內(nèi)，一部分光線被倒圓錐形凹槽104的側(cè)壁反射，另一部分光線直接從弧形側(cè)面105折射出。具體在本實施方式中，LED透鏡100包括本體110、凸臺130及固定部150。本體 110為半球形。需要說明的是，在此“半球形”包括“半橢圓形”及“半梭形”。凸臺130為倒圓臺形，其小頭端與本體110連接。固定部150為圓盤狀，其設(shè)于本體110的大頭端。固定部150的直徑與本體110的大頭端的端面的直徑相等。其中，底面101為固定部的外側(cè)面， 頂面103為凸臺130的大頭端的端面。LED收容槽102為圓臺形，其小頭端靠近倒圓錐形凹槽104設(shè)置。LED收容槽102 的大頭端的周緣形成有多個卡槽1021?？ú?021與LED的基板相卡持。具體在本實施方式中，卡槽1021為四個，呈中心對稱地設(shè)于LED收容槽102的大頭端的周緣。進一步地，為了提高LED透鏡100的出光均勻性，凸臺130、本體110、倒圓錐形凹槽104、LED收容槽102的對稱軸共線。另外，為了提高LED透鏡100的光線利用率，底面101也可為全反射面，使LED發(fā)射的光線經(jīng)過底面101及倒圓錐形凹槽104的側(cè)壁多次全反射后，最終從弧形側(cè)面105折射出。例如，在底面101涂覆一層熒光層，以形成全反射面。請再次參閱圖1，多個LED 200分別收容于多個LED透鏡100的LED收容槽102 內(nèi)。擴散板300設(shè)于LED透鏡100的頂面103所在一側(cè)。LED 200發(fā)射的光線經(jīng)過LED透鏡100折射后，再次被擴散板300擴散，以使LED燈具10的出光更加均勻。PCB板400位于LED透鏡100的LED收容槽102所在一側(cè)，且與LED200電連接。 PCB板400可提高LED燈具10的支撐強度，以防止LED燈具10在外力作用下震動，從而影響LED燈具10內(nèi)部的LED透鏡100的出光效率。需要說明的是，PCB板400也可采用保護板來代替，或者，在PCB板400的外側(cè)再設(shè)置一保護板，以提高LED燈具10的支撐強度。另外，為了提高光線利用率，保護板的靠近 LED 200的側(cè)面可以粘貼反光膜。LED 200的數(shù)目可以與LED透鏡100——對應(yīng)，也可采用多個LED 200收容于一個 LED透鏡100的LED收容槽102內(nèi)。LED 200可以為白光、紅光、藍光等，其可單獨使用，或者形成混合光。另外，擴散板300不限于一個，也可為多個擴散板300平湊起來，其中每一個擴散板300對應(yīng)一個LED透鏡100，以方便調(diào)整LED燈具10的出光面的大小，從而適用于不同尺寸的LED燈具10。上述LED透鏡100的LED收容槽102及倒圓錐形凹槽104構(gòu)成二次光學(xué)結(jié)構(gòu)，從而將LED 200點光源轉(zhuǎn)換為面光源。請參閱圖4及圖5，通過仿真測試來驗證LED透鏡100的出光均勻性。其中，圖4 為LED透鏡100的配光曲線圖，即透過LED透鏡100的光線的光強在空間的分布情況；圖4 采用極坐標(biāo)，外圍數(shù)值表示光照強度，是光強在90度迫切面的強度的切片。由圖4可知，透過LED透鏡100的光線的光強在空間呈對稱分布，光照角度在180度的平面上，光線被打散開。圖5為LED透鏡100的照射方向的照度光斑，其照射光斑的半徑待遇30毫米，圖中不同的顏色深度表示不同的照度值，顏色越淺，表示亮度越高；右邊對照圖表示不同顏色深度的照度等級。由圖5可知，LED透鏡100的照射方向的照度光斑呈兩邊逐漸變暗的變化趨勢。相較于現(xiàn)有技術(shù)，上述LED燈具10至少具有以下優(yōu)點(1)上述LED透鏡100的LED收容槽102及倒圓錐形凹槽104構(gòu)成二次光學(xué)結(jié)構(gòu)， 從而將LED 200點光源轉(zhuǎn)換為面光源，其能耗低。(2)LED 100透鏡的透射面采用凹凸曲面和柱形面結(jié)合，較傳統(tǒng)把LED芯片作為點光源處理，提高LED的表面發(fā)出的光利用率。(3)LED 100透鏡及LED 200組合陣列中，可將LED 200采用紅光或其它顏色光，以提高LED燈具10的顯色性和色溫。(4) LED燈具10采用陣列排布的LED透鏡100，并采用對應(yīng)的LED光源，使得LED 燈具10的厚度很小，具有薄的特點。(5)與傳統(tǒng)的LED燈具采用導(dǎo)光板相比，LED透鏡100尺寸更小，成本更低，使得 LED燈具整體重量更輕，成本更低。(6) LED燈具10只需根據(jù)實際要求選擇相應(yīng)數(shù)目的LED透鏡100及LED200陣列， 從而可實現(xiàn)任意尺寸的燈具照明。請參閱6及圖7，本發(fā)明實施方式二的LED透鏡500與實施方式一的LED透鏡100 相似，其不同之處在于LED透鏡500省略了凸臺及固定部，并且頂面503為本體510的小頭端的端面，底面501為本體510的大頭端的端面。請參閱圖8及圖9，本發(fā)明實施方式三的LED透鏡600與實施方式一的LED透鏡 100相似，其不同之處在于LED透鏡600省略了固定部，并且倒圓錐形凹槽604的側(cè)壁上形成有菲涅爾凸起結(jié)構(gòu)6041。具體在本實施方式中，菲涅爾凸起結(jié)構(gòu)6041為多個同心的鋸齒狀的圓環(huán)凸起。需要說明的是，菲涅爾凸起結(jié)構(gòu)6041不限于為鋸齒狀的圓環(huán)凸起，也可為多個同心的臺階狀的圓環(huán)凸起、多個同心的橫截面為半圓形的圓環(huán)凸起等?？梢岳斫?，上述LED透鏡不僅限應(yīng)用于LED燈具10上，也可以應(yīng)用于其他裝置上， 例如，汽車的尾燈、手電筒、交通指示燈、廣告牌等。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種LED透鏡，其特征在于，所述LED透鏡具有底面，形成有LED收容槽；頂面，與所述底面相對設(shè)置，所述頂面形成有與所述LED收容槽相對的倒圓錐形凹槽， 所述倒圓錐形凹槽的側(cè)壁為全反射面；及弧形側(cè)面，位于所述底面與所述頂面之間；其中，LED發(fā)射的光線從所述LED收容槽的側(cè)壁折射到所述LED透鏡內(nèi)，一部分光線被所述倒圓錐形凹槽的側(cè)壁反射，另一部分光線直接從所述弧形側(cè)面折射出。
2.如權(quán)利要求1所述的LED透鏡，其特征在于，所述LED透鏡包括半球形的本體。
3.如權(quán)利要求2所述的LED透鏡，其特征在于，所述LED透鏡還包括設(shè)于所述本體的小頭端的倒圓臺形的凸臺，所述頂面形為所述凸臺的大頭端的端面。
4.如權(quán)利要求3所述的LED透鏡，其特征在于，所述LED收容槽為圓臺形，其小頭端靠近所述倒圓錐形凹槽設(shè)置。
5.如權(quán)利要求4所述的LED透鏡，其特征在于，所述凸臺、本體、倒圓錐形凹槽、LED收容槽的對稱軸共線。
6.如權(quán)利要求1所述的LED透鏡，其特征在于，所述倒圓錐形凹槽的側(cè)壁形成有菲涅爾凸起結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的LED透鏡，其特征在于，所述菲涅爾凸起結(jié)構(gòu)為多個同心的臺階狀的圓環(huán)凸起或多個同心的鋸齒狀的圓環(huán)凸起。
8.如權(quán)利要求2所述的LED透鏡，其特征在于，所述LED透鏡還包括設(shè)于所述本體的大頭端的圓盤形的固定部，所述底面為所述固定部的外側(cè)面。
9.一種LED燈具，其特征在于，包括多個如權(quán)利要求1 8任一項所述的LED透鏡，呈陣列排布；多個LED，分別收容于所述多個LED透鏡的LED收容槽內(nèi)；及擴散板，設(shè)于所述多個LED透鏡的頂面所在一側(cè)。
10.如權(quán)利要求1所述的LED燈具，其特征在于，還包括位于所述多個LED透鏡的LED 收容槽所在一側(cè)、且與所述多個LED電連接的PCB板或/及位于所述多個LED透鏡的LED 所在一側(cè)的保護板。
全文摘要
一種LED透鏡，具有底面、頂面及弧形側(cè)面，底面形成有LED收容槽；頂面與所述底面相對設(shè)置，所述頂面形成有與所述LED收容槽相對的倒圓錐形凹槽，所述倒圓錐形凹槽的側(cè)壁為全反射面；弧形側(cè)面位于所述底面與所述頂面之間；其中，LED發(fā)射的光線從所述LED收容槽的側(cè)壁折射到所述LED透鏡內(nèi)，一部分光線被所述倒圓錐形凹槽的側(cè)壁反射，另一部分光線直接從所述弧形側(cè)面折射出。上述LED透鏡的LED收容槽及倒圓錐形凹槽構(gòu)成二次光學(xué)結(jié)構(gòu)，從而將點光源轉(zhuǎn)換為面光源，并且經(jīng)過多次反射和折射后，使得LED透鏡的出光較為均勻。本發(fā)明還提供一種含有上述LED透鏡的LED燈具。
文檔編號F21V17/00GK102444861SQ20111036631
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者焦麗華, 趙宇波, 郭雅群 申請人:中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院