專利名稱：用于led光源封裝的透鏡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于LED光源封裝的透鏡，屬于LED光源應用領域。
技術背景在現(xiàn)有技術中，用于路燈的LED光源的封裝一般采用Lambert ian型或 batwing型，這兩種結構存在的主要問題是需采用二次光學設計，才能 得到矩形或蝙蝠翼型光強分布均勻的光斑，但二次光學器件吸收了一部分 光線，降低了 LED燈具的光效率。為了解決以上問題，人們一直在尋求一種理想的技術解決方案。發(fā)明內容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，從而提供一種能輸出矩形光斑、 光效率高、射出光光強分布均勻的用于LED光源封裝的透鏡。為了實現(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 鏡包含有一個曲面型上表面和一個平面型下表面；所述上表面滿足條件經過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°;經過所述透鏡并射出所述上表面的光線的光強度1(6)= i(e。)/cos^e),其中，ne。)為經過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的光線的光強度?；谏鲜觯鐾哥R的折射率為1. 3~ 3. 5?；谏鲜?，所述透鏡包括一個用于放置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An小于1. 0?；谏鲜觯鐾哥R包括一個用于放置一個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An小于1. 0?；谏鲜觯鐾哥R包括一個用于放置一個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置有 一 空氣腔。本發(fā)明相對現(xiàn)有技術具有突出的實質性特點和顯著的進步性，具體的說， 有以下優(yōu)點1、 該透鏡高效的將近似點的LED芯片光源發(fā)出的光導出，并將光限制 在一定角度內出射，投射平面上形成均勻的矩形光束，消除了發(fā)光二極管 多余光給人眼帶來的危害性，有效地提高了光利用率；而且，角度內的光 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 有光強分布均勻的特點。2、 該透鏡結構簡潔，制作簡單，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光源，可廣 泛應用于射燈、礦燈、投影儀、路燈、隧道燈、白熾燈、卣素燈等器件上。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖；圖2為本發(fā)明所述透鏡在對稱面上的光路圖；圖3為本發(fā)明所述透鏡的遠場照度分布模擬圖；圖4為本發(fā)明所述透鏡和多個LED芯片配合使用的結構示意圖；圖5為本發(fā)明所述透鏡具有緊密配合使用的常規(guī)封裝結構的示意圖；圖6為本發(fā)明透鏡具有非接觸配合使用的常規(guī)封裝結構的示意圖。
具體實施方式
下面通過具體實施方式
，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。 實施例一如圖1所示， 一種用于LED光源封裝的透鏡，該透鏡包含有一個曲面 型上表面和一個平面型下表面； 所述上表面滿足條件經過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°;經過所述透鏡并射出所述上表面的光線的光強度1(6)= 1(6。)/cos"e)，其中，1(e。)為經過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 照度均勾光斑的長度L與光源距路面的距離H之比，具體地說，6c與L、 H 之間滿足下述關系tg(S c)=L/(2 x H)。所述透鏡進一 步包括一個用于放置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An小于1. 0。在圖1中，所述透鏡1的俯視圖為一個具有四個相同圓倒角的矩形。為了更進一步的說明本發(fā)明所述的透鏡，通過垂直于所述平面型下表 面中心的兩組對稱面(53, 54 )將所述透鏡1的上表面分割為四個對稱的 對稱曲面(11, 12, 13, 14),其中，兩組對稱面(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)射的光線經透鏡下表面到達透鏡上表面的對稱曲面11或12或13 或14后j艮據(jù)光學折射定律，光線發(fā)射折射，通過改變射出對稱曲面11或12或13或14的光線的角度達到集中光束的目的。如圖2所示，以構成透鏡1上表面的對稱曲面11為例，具體說明光線 路徑；因對稱曲面11和對稱曲面12關于對稱面54對稱，對稱曲面11和對 稱曲面14關于對稱面53對稱，對稱曲面12和對稱曲面13關于對稱面53 對稱，所以，在此只討^淪對稱曲面11;規(guī)定6c為對稱曲面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 的對稱曲面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 的夾角設定等于6c;則入射角度小于21的光線都經過對稱曲面ll后發(fā)生折射，出射光線的 方向被限制在0~ 6 c內；則入射角度大于21的光線都經過對稱曲面ll后發(fā)生折射，出射光線的 方向也被限制在6c內，該部分光線用來增加角度為6c附近的光線的光 強；最終，LED芯片發(fā)出的光線經過透鏡1后，使得出射光線分別按照一 定的角度射出，在遠場形成一個矩形或橢圓形的光照范圍，而且在光照范圍 內滿足光強分布1(6)= 1(e。)/cos2(6)。圖3是LED芯片封裝于本發(fā)明透鏡1后在遠場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，LED芯片發(fā)出的光經本發(fā)明所述透鏡轉換后可以在平面屏 上形成一個照度比較均勻的矩形光斑。圖4是透鏡1和多個LED芯片2配合使用的基本結構示意圖，所述透 鏡l底部共放置了 7個LED芯片2，并且沿所述透鏡1下表面的長度方向的 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，其本身具有的光強分布表達式 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，與LED主出光面的法向的夾角為6n的方向的光強度； I(eLED。)為，垂直于LED主出光面的任意截面內，與LED主出光面的法向的 夾角為零度方向的光強度。本發(fā)明中，所述透鏡1可以采用一系列的方法來制作，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)封裝結構的示意圖；本實施例與實施例一不同之處在于所述透鏡1包括一個用于放置一 個采用半球形或類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An小 于1.0;所述透明材料是透明樹脂材料。制作時，采用一個半球形或類似半球形的透鏡與LED芯片2封裝在一 起，以此構成傳統(tǒng)封裝結構60;再采用透明樹脂材料將透鏡1的腔體61 和傳統(tǒng)封裝結構60的透鏡粘接，粘接用的透明樹脂材料的折射率與所述透 鏡1所用材料的折射率、傳統(tǒng)封裝結構60的透鏡所用材料的折射率匹配；通過所述透鏡1和常規(guī)封裝結構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照度比較均勻的矩形光斑。實施例三圖6是本發(fā)明透鏡具有非接觸配合使用的常規(guī)封裝結構的示意圖。 本實施例與實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)封裝結構60，使所述透鏡1與常規(guī)封裝結構60之間形成一個空氣腔62;通過所述透鏡1和常規(guī)封裝結構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 個照度比較均勻的矩形光斑。最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其 限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技 術人員應當理解依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者對部分技 術特征進行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發(fā) 明請求保護的技術方案范圍當中。
權利要求
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曲面型上表面和一個平面型下表面；所述上表面滿足條件經過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°；經過所述透鏡并射出所述上表面的光線的光強度I(θ)＝I(θ0)/cos2(θ)，其中，I(θ0)為經過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的光線的光強度。
2、 根據(jù)權利要求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An小于1. 0。
4、 根據(jù)權利要求1或2所述的用于LED光源封裝的透鏡，其特征在于 所述透鏡包括一個用于放置一個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An小于1.0。
5、 根據(jù)權利要求1或2所述的用于LED光源封裝的透鏡，其特征在于 所述透鏡包括一個用于放置一個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，該透鏡包含有一個曲面型上表面和一個平面型下表面；所述上表面滿足條件經過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°；經過所述透鏡并射出所述上表面的光線的光強度I(θ)＝I(θ₀)/cos²(θ)，其中，I(θ₀)為經過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的光線的光強度。該透鏡高效的將近似點的LED芯片光源發(fā)出的光導出，并將光限制在一定角度內出射，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的危害性，有效地提高了光利用率；而且，角度內的光能分布系數(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，具有光強分布均勻的特點。
文檔編號F21V5/04GK101230968SQ20081004914
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權日2008年1月23日
發(fā)明者璐 吳 申請人:生茂光電科技股份有限公司