Led燈珠、led發(fā)光模組的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種照明用LED燈珠，包括一LED光源和一透鏡，該透鏡對該LED光源發(fā)出的光進行光學處理，該透鏡具有一入光面和出光面，該入光面有一入光面光學中心軸，該出光面具有一出光面光學中心軸，該LED光源具有一LED光源光學中心軸，該入光面光學中心軸、LED光源光學中心軸均及出光面光學中心軸相互偏離。本使用新型進一步提供一種采用該LED燈珠的LED發(fā)光模組。本實用新型提供的LED燈珠，LED發(fā)光模組具有光型分布合理，結(jié)構(gòu)簡單，照射范圍廣，光源利用率高的優(yōu)點。
【專利說明】LED燈珠、LED發(fā)光模組
【【技術(shù)領域】】
[0001]本實用新型涉及一種照明用LED燈珠，特別涉及一種路燈用偏光照射的LED燈珠及采用該LED燈珠的LED發(fā)光模組。
【【背景技術(shù)】】
[0002]在傳統(tǒng)的照明技術(shù)中，多使用鎢絲燈泡，由于功耗及體積大，發(fā)光效率低，壽命短，而越來越不能適應現(xiàn)代社會的需要。隨著半導體技術(shù)的發(fā)展，功耗及體積小，發(fā)光效率高，壽命長的LED在照明技術(shù)中的應用越來越受到人們的重視。LED作為新一代的光源，其二次光學設計尤為重要，但是其中遇到的最大的難題就是LED燈具是多個面光源做成，區(qū)別于傳統(tǒng)光源，其光學設計也就相比傳統(tǒng)光源困難的多。
[0003]這種由于多個面光源而引起的二次光學設計難度增加在道路照明燈具中尤為明顯，簡單的透鏡組合已經(jīng)很難達到理想的效果，要不就是光型分布不合理，要不就是光損失太大，這樣就很難體現(xiàn)LED獨特的優(yōu)勢大大減緩了其在道路照明領域的推廣速度和深度。所以人們迫切需求一種新的LED 二次光學設計方式能夠推向市場。
[0004]現(xiàn)在最常見的LED路燈二次光學處理方式之一是利用反射板加上光源偏角來實現(xiàn)。這種方案的缺點就是光型分布不是很合理，燈具眩光控制困難，整個燈具結(jié)構(gòu)復雜，組裝難度大，整體成本增加。
[0005]現(xiàn)在最常見的LED路燈二次光學處理方式之二是采用二次透鏡。這種方案的缺點是道路橫向沒有偏光處理，燈具的道路實際利用效率太低。要不就要求燈具仰角要30°左右，這與標準推薦的15°以內(nèi)不符合。要不就要求燈具與支架連接處安裝輔助角度調(diào)節(jié)裝置，增加成本和安裝的穩(wěn)定性。
[0006]與此同時，采用二次透鏡來解決LED路燈二次光學處理問題時，道路橫向采用小角度偏光，偏光大概15°左右，這種配光只適合2車道以內(nèi)的道路照明，道路太寬仰角就會大于15° ,燈具的光線實際利用效率就會大大降低。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]為克服現(xiàn)有LED 二次光學處理中光照效果差，光源利用率低的技術(shù)問題，本實用新型提供了一種光型分布合理，結(jié)構(gòu)簡單，照射范圍廣，光源利用率高的LED燈珠及采用該LED燈珠的LED發(fā)光模組。
[0008]本實用新型解決技術(shù)問題的方案是提供一種LED燈珠，包括一 LED光源和一透鏡，該透鏡對該LED光源發(fā)出的光進行光學處理,該透鏡具有一入光面和出光面，該入光面有一入光面光學中心軸，該出光面具有一出光面光學中心軸，該LED光源具有一 LED光源光學中心軸，該入光面光學中心軸、LED光源光學中心軸均及出光面光學中心軸相互偏離。
[0009]優(yōu)選地，該入 光面光學中心軸至該LED光源光學中心軸的距離大于O。
[0010]優(yōu)選地，該LED光源光學中心軸、該入光面光學中心軸及該出光面光學中心軸形成一光學平面，在該光學平面內(nèi)，LED光源光學中心軸位于入光面光學中心軸及出光面光學中心軸之間。
[0011]優(yōu)選地，入光面光學中心軸至LED光源光學中心軸的距離是出光面光學中心軸至LED光源光學中心軸的距離的0.2-1倍。
[0012]優(yōu)選地，該透鏡包括一曲率連續(xù)變化的曲面和一水平底面，該曲面與該底面一體成型，該曲面與該底面平滑過渡，在過渡連接處的曲率變化范圍為-0.6-0.3。
[0013]優(yōu)選地，該水平底面的底部設置成避空結(jié)構(gòu)，該避空結(jié)構(gòu)為一拋物曲面的凹坑。
[0014]優(yōu)選地，該拋物曲面的曲率變化范圍為-0.04-0。
[0015]優(yōu)選地，該透鏡的底面設置有一凹坑，該凹坑的形心與該上表面的形心偏離，該LED光源收容于該凹坑內(nèi)。
[0016]本實用新型還提供一種由至少一個LED燈珠組成的LED發(fā)光模組，該LED發(fā)光模組的橫向發(fā)光對稱分布，縱向發(fā)光偏向于一側(cè)。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的L E D燈珠采用光學級塑料一體成型，其在結(jié)構(gòu)上LED光源光學中心軸和LED透鏡的入光面光學中心軸，出光面光學中心軸互相偏離，該三軸線在橫向不重合，在縱向重合。因此，該LED燈珠可以在縱向?qū)崿F(xiàn)較大的偏光照射角度，最大程度的符合道路照明的偏光照射要求。與此同時，由于該LED燈珠可以實現(xiàn)大角度的偏光照射，以致采用該LED燈珠的LED路燈對安裝角度的要求可以大大降低，甚至可以設置為0°仰角安裝，這就大大降低了 LED路燈的安裝難度，降低安裝成本。
[0018]該透鏡的出光面和入光面均采用曲率連續(xù)變化的自由曲面設計。在出光面的結(jié)構(gòu)上，其左右上下對稱，整個光學面為一個完整的自由曲面，更加有利于光型分布和模具加工；同時還避免了光在局部的 匯聚造成道路局部過亮，及灰塵在局部位置過度聚集對光型產(chǎn)生的致命影響。在入光面的結(jié)構(gòu)上，由于其入光面光學中心軸與LED光源光學中心軸橫向不重合、不對稱的自由曲面設計，使得光線集中偏向照射，最大程度的提高光輸出效率，減少光線在非必要照射區(qū)域的光損。而該兩軸線在縱向?qū)ΨQ的自由曲面技術(shù)使得道路縱向光分布更廣更均勻。
[0019]透鏡上部曲面與下部底面的連接部分，采用與出光面相近的曲率弧面,減少了交界處的光損失和因為灰塵聚集而對光學效果造成的影響。
[0020]在透鏡底面的兩個縱邊上設置獨特的避空位結(jié)構(gòu)，該避空位為曲率連續(xù)變化的拋物面設計，使得透鏡在此處既有收攏雜散光的作用，又可以為透鏡安裝時所使用的螺絲及線材接頭提供必要的空間，避免結(jié)構(gòu)干涉。
[0021]最后，本實用新型的LED發(fā)光模組可以將多個LED燈珠據(jù)需要組成任意行任意列的模組，以方便加工和組裝。該LED發(fā)光模組是針對應用于道路照明燈具而設計的，可以替代傳統(tǒng)的高壓鈉燈道路燈具，也可以用在其他戶外照明燈具中。其獨特的偏光設計使燈具既具有高亮度的光輸出，又可獲得良好的眩光控制，使整個道路照明達到標準的照度，舒適的照明環(huán)境以及均勻性要求。
[0022]而采用該LED發(fā)光模組制成的LED路燈具有獨特的二次光學設計，同時具備對稱蝠翼及非對稱光形，將光線均勻照射車道路面，并兼顧人行道的照明需求。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0023]圖1是本實用新型LED燈珠 的立體爆炸示意圖，其包括LED光源和透鏡。[0024]圖2是本實用新型LED燈珠組合狀態(tài)下立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3是圖1所示透鏡的第一視角立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4是圖1所示透鏡的第二視角立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖5是圖1所示LED燈珠的平面俯視圖。
[0028]圖6是圖5所示LED燈珠的縱向剖切截面示意圖。
[0029]圖7是圖5所示LED燈珠的橫向剖切截面示意圖。
[0030]圖8是圖6所示LED燈珠縱向剖切面的出光光路圖。
[0031 ]圖9是圖7所示LED燈珠橫向剖切面的出光光路圖。
[0032]圖10是由本實用新型LED燈珠組裝而成的LED發(fā)光模組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖11是圖10所示LED發(fā)光模組的橫截面剖視圖。
[0034]圖12是由圖10所示LED發(fā)光模組制作的路燈使用狀態(tài)參考示意圖。
【【具體實施方式】】
[0035]為了使本實用新型的目的，技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施實例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于 限定本實用新型。
[0036]請參閱圖1與圖2，本實用新型LED燈珠100包括一透鏡101和一 LED光源103，LED光源103位于透鏡101之內(nèi)，當LED光源103發(fā)光后，光線進入到透鏡101進行二次配光后朝特定方向射出。LED光源103多采用LED芯片作為發(fā)光元件，其整體形狀為對稱式結(jié)構(gòu)。
[0037]請參閱圖3與圖4，透鏡101的上部為一曲面1011，下部為一水平的底面1013。上部曲面1011與下部底面1013 —體成型,上部曲面1011與下部底面1013之間平滑曲面連接，且在底面1013與曲面1011的連接處設置為與曲面1011曲率相近的弧面以減少交界處的光損和因為灰塵聚集而對光學效果造成的影響。
[0038]在曲面1011的上方為一自由曲面的出光面1021，其曲率變化連續(xù)，該設計理念可以避免光的局部匯聚而造成光照局部過亮，同時還可以避免灰塵在局部匯集后對光型的致命影響。此外，該上部曲面1011左右上下對稱設計，有利于透鏡101加工模具的制作。該上部曲面1011的平滑過渡曲率變化范圍為-0.03—0.15。
[0039]水平底面1013的投影面積略大于上部曲面1011的投影面積。水平底面1013在與曲面1011過渡連接的上部表面左右上下對稱設計，其與曲面1011過渡連接的曲面曲率范圍為-0.6-0.3。水平底面1013包括四個側(cè)邊，分別為兩個對應的橫邊1023和兩個對應的縱邊1025。橫邊1023與縱邊1025只是相對而言，并非絕對意義上的橫向側(cè)邊和縱向側(cè)邊。此處定義為朝向觀察者的邊為橫邊1023，另外一對側(cè)邊為縱邊1025。
[0040]水平底面1013的下部表面有一凹坑1027，在該凹坑1027內(nèi)形成一入光面1043，該入光面1043也為一曲率變化連續(xù)自由曲面，其光學面的曲率變化范圍為-0.6-0.04。該凹坑1027左右對稱，上下不對稱，根據(jù)視圖方向不同，也可理解為左右不對稱，上下對稱，此處定義為其左右為對稱，上下為不對稱的結(jié)構(gòu)。此處還可以理解為相對于橫邊1023的中心線來說是對稱的，相對于縱邊1025的中心線來說為非對稱的。
[0041]請參閱圖5，圖6與圖7，在位置上，該凹坑1027并非位于底面1013的中心處，凹坑1027的形心落在橫邊1023的中心線上，而不落在縱邊1025的中心線上，其形心距離縱邊1025的中心線距離0〈L〈0.3S，S為縱邊1025的長度。從光學的意義上來理解，凹坑1027的形心所在軸線為入光面光學中心軸1045。曲面1011及底面1013由于左右上下對稱，底面1013的中心點所在軸線或曲面1011的中心點所在軸線或橫邊與縱邊中心線的交點所在軸線為曲面1011出光面光學中心軸1041。最終入光面光學中心軸1045與出光面光學中心軸1041在橫向重合，縱向不重合；亦或縱向重合，橫向不重合?？v向不重合時，兩個光學中心軸的距離0〈L〈0.3S，S為縱邊1025的長度。
[0042]LED光源103置在凹坑1027內(nèi)，由于LED光源103為中心對稱結(jié)構(gòu)，其形心所在軸線即為LED光源光學中心軸1031。LED光源103的頂端不與入光面1043接觸。類似地，LED光源光學中心軸1031與入光面光學中心軸1045在橫向重合；在縱向，LED光源光學中心軸1031位于出光面光學中心軸1041與入光面光學中心軸1045之間，其距離入光面光學中心軸1045的距離0〈L，〈0.12S，S為縱邊1025的長度。
[0043]由此可以看出，LED光源光學中心軸1031、出光面光學中心軸1041與入光面光學中心軸1045均位于橫邊1023的中分截面上；而在縱邊的中分截面上，LED光源光學中心軸1031、出光面光學中心軸1041與入光面光學中心軸1045均不重合，且LED光源光學中心軸1031位于出光面光學中心軸1041與入光面光學中心軸1045之間，入光面光學中心軸1045至LED光源光學中心軸1031的距離是出光面光學中心軸1041至LED光源光學中心軸101距尚的0.2-1倍。
[0044]在底面1013的兩個縱邊1023的底部分別設置有避空位1029，該避空位1029僅設置在相對凹坑1027對稱的對應邊上，此處由于凹坑1027相對橫邊1023中心線即底面1013的縱向保持對稱，因此在兩個縱邊1025設置避空位1029。該避空位1029可以用于收攏LED光源103發(fā)出的雜散光，同時還為固定整個LED燈珠100在固定時提前空留安裝空間，防止安裝時出現(xiàn)結(jié)構(gòu)干涉。該二避空位1029位于縱邊1025的兩端，且相對于縱邊1025的中心線保持對稱。該二避空位1029在縱邊1025的兩端形成兩個凸面1047，該凸面1047為拋物面設計，在縱邊1025的中點處形成該凸面1047的最高點，該凸面1047的曲率變化范圍為-0.04-0。避空位1029的結(jié)尾處與底面1013為平滑過渡的曲面，平滑過渡可以避免光線過渡集中而射向偏僻的角落，也有利于雜光的收集聚攏。該平滑曲面過渡的曲率范圍為-0.02-1。
[0045]請參閱圖8與圖9，該LED燈珠100在使用時，在道路的橫向上，由于LED光源光學中心軸1031、入光面光學中心軸1045、出光面光學中心軸1041不重合，導致LED光源103發(fā)出的光經(jīng)過折射、反射射出后集中偏向于一側(cè)，因此該類光型分布的效果更加適用于路燈照明的燈具上，其可以實現(xiàn)較寬范圍的照明，同時在路燈邊緣不會產(chǎn)生多余的光線損失。在道路的縱向上，由于LED光源光學中心軸1031、入光面光學中心軸1045、出光面光學中心軸1041重合，導致LED光源103發(fā)出的光經(jīng)過折射、反射射出后對稱分布與道路的縱向兩邊，再加上入光面1043和出光面1021均為平滑過渡的自由曲面，使得發(fā)出的光線在道路縱向上更廣更均勻，使其在道路的縱向上可以兼顧人行道的照明需求。
[0046]請參閱圖10與圖11，將該二十四個LED燈珠100組裝成一個LED發(fā)光模組200，該二十四個LED燈珠100以4x6陣列布置。沿道路的橫向設置六個LED燈珠100，沿道路的縱向設置四個LED燈珠100。由于LED燈珠100沿道路的橫向不對稱，且在橫向并排布置六個LED燈珠100，因此其發(fā)出的光線集中超道路中央射出并且具有較寬范圍的照明寬度；由于LED燈珠100沿道路的縱向?qū)ΨQ，且在縱向僅設置四個LED燈珠100，但是由于LED燈珠100在入光面1043和出光面1021縱向采用平滑曲面過渡連接，具有較大的照射范圍，因此在道路縱向上，該LED發(fā)光模組200可以對稱的、較大范圍的照射在LED發(fā)光模組200安裝位置的兩側(cè)。
[0047]請參閱圖12，將上述LED發(fā)光模組200制作成LED路燈300來使用時，沿道路平面的寬度方向，光斑集中照射于道路中央且可以實現(xiàn)大范圍的照明，而在路燈的安裝位置處不會產(chǎn)生多余的光線照射到道路以外，使光輸出的使用效率達到90%以上。沿道路平面的延伸方向，光斑以LED路燈300安裝處所形成的垂直道路平面的中分面為中心左右對稱且能實現(xiàn)縱向較寬范圍的照明，完全符合道路照明的光學設計理念。
[0048]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的LED燈珠100采用光學級塑料一體成型，其在結(jié)構(gòu)上LED光源光學中心軸1031和LED透鏡的入光面光學中心軸1045，出光面光學中心軸1041互相偏離，該三軸線在橫向不重合，在縱向重合。因此，該LED燈珠100可以在縱向?qū)崿F(xiàn)較大的偏光照射角度，最大程度的符合道路照明的偏光照射要求。與此同時，由于該LED燈珠100可以實現(xiàn)大角度的偏光照射，以致采用該LED燈珠100的LED路燈300對安裝角度的要求可以大大降低，甚至可以設置為0°仰角安裝，這就大大降低了 LED路燈300的安裝難度，降低安裝成本。
[0049]該透鏡101的出光面1021和入光面1043均采用曲率連續(xù)變化的自由曲面設計。在出光面1021的結(jié)構(gòu)上，其左右上下對稱，整個光學面為一個完整的自由曲面，更加有利于光型分布和模具加工；同時還避免了光在局部的匯聚造成道路局部過亮，及灰塵在局部位置過度聚集對光型產(chǎn)生的致命影響。在入光面1043的結(jié)構(gòu)上，由于其入光面光學中心軸1045與LED光源光學中心軸橫向1031不重合、不對稱的自由曲面設計，使得光線集中偏向照射，最大程度的提高光輸出效率，減少光線在非必要照射區(qū)域的光損。而該兩軸線在縱向?qū)ΨQ的自由曲面技術(shù)使得道路縱向光分布更廣更均勻。
[0050]透鏡上部曲面1011與下部底面1013的連接部分，采用與出光面1021相近的曲率弧面，減少了交界處的光損失和因為灰塵聚集而對光學效果造成的影響。
[0051]在透鏡101底面1013的兩個縱邊1025上設置獨特的避空位1029結(jié)構(gòu)，該避空位1029為曲率連續(xù)變化的拋物面設計，使得透鏡101在此處既有收攏雜散光的作用，又可以為透鏡101安裝時所使用的螺絲及線材接頭提供必要的空間，避免結(jié)構(gòu)干涉。
[0052]最后，本實用新型的LED發(fā)光模組200可以將多個LED燈珠100據(jù)需要組成任意行任意列的模組，以方便加工和組裝。該LED發(fā)光模組200是針對應用于道路照明燈具而設計的，可以替代傳統(tǒng)的高壓鈉燈道路燈具，也可以用在其他戶外照明燈具中。其獨特的偏光設計使燈具既具有高亮度的光輸出，又可獲得良好的眩光控制，使整個道路照明達到標準的照度，舒適的照明環(huán)境以及均勻性要求。
[0053]而采用該LED發(fā)光模組200制成的LED路燈300具有獨特的二次光學設計，同時具備對稱蝠翼及非對稱光形，將光線均勻照射車道路面，并兼顧人行道的照明需求。
[0054]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的原則之內(nèi)所作的任何修改，等同替換和改進等均應包含本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種LED燈珠,包括一 LED光源和一透鏡,該透鏡對該LED光源發(fā)出的光進行光學處理，其特征在于:該透鏡具有一入光面和出光面，該入光面有一入光面光學中心軸，該出光面具有一出光面光學中心軸，該LED光源具有一 LED光源光學中心軸，該入光面光學中心軸、LED光源光學中心軸均與出光面光學中心軸相互偏離。
2.如權(quán)利要求1所述的LED燈珠，其特征在于:該入光面光學中心軸至該LED光源光學中心軸的距離大于O。
3.如權(quán)利要求1所述的LED燈珠，其特征在于:該LED光源光學中心軸、該入光面光學中心軸及該出光面光學中心軸形成一光學平面，在該光學平面內(nèi)，LED光源光學中心軸位于入光面光學中心軸及出光面光學中心軸之間。
4.如權(quán)利要求3所述的LED燈珠，其特征在于:入光面光學中心軸至LED光源光學中心軸的距離是出光面光學中心軸至LED光源光學中心軸的距離的0.2-1倍。
5.如權(quán)利要求1所述的LED燈珠，其特征在于:該透鏡包括一曲率連續(xù)變化的曲面和一水平底面，該曲面與該底面一體成型，該曲面與該底面平滑過渡，在過渡連接處的曲率變化范圍為-0.6-0.3。
6.如權(quán)利要求5所述的LED燈珠，其特征在于:該水平底面的底部設置成避空結(jié)構(gòu)，該避空結(jié)構(gòu)為一拋物曲面的凹坑。
7.如權(quán)利要求6所述的LED燈珠，其特征在于:該拋物曲面的曲率變化范圍為-0.04-0。
8.如權(quán)利要求1所述的LED燈珠，其特征在于:該透鏡的底面設置有一凹坑，該凹坑的形心與該上表面的形心偏離，該LED光源收容于該凹坑內(nèi)。
9.一種由至少一個如權(quán)利要求1所述的LED燈珠組成的LED發(fā)光模組，其特征在于:該LED發(fā)光模組的橫向發(fā)光對稱分布，縱向發(fā)光偏向于一側(cè)。
【文檔編號】F21Y101/02GK203671430SQ201320789043
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】何琳, 李劍, 張海衛(wèi) 申請人:深圳市邦貝爾電子有限公司