一种LED透镜及发光装置的制作方法

本实用新型实施方式涉及透镜领域，特别是涉及一种LED透镜及发光装置。

背景技术：

发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)是一种能将电能转换为光能的半导体电子元件，由早期的只能发出低光度的红光发展至今日能够发出遍布可见光、红外光、紫外光的高光度光，LED技术的不断发展，使得LED的应用由最初的只能用做指示灯、显示板等发展到被广泛用做汽车用灯、液晶屏背光源、灯饰、照明光源等，应用领域更为广泛。

随着LED应用领域的不断拓展，不同领域对LED的发光方式、发光效率、光照效果等要求各有不同，为了适应不同应用场景，需要对LED进行光学设计，常用的方式即对LED透镜进行结构设计，使得LED芯片出射的光线经过LED透镜后能够通过透镜的折射、反射或者散射等以目标方式发光并达到目标发光效率和光照效果，包括调节光斑大小、光斑形状及亮度分布情况等。

目前，市面上常见的运用于TV背光源的LED透镜多为表面光滑的球面透镜，难以对局部光斑亮度进行调整。

技术实现要素：

本实用新型实施方式主要解决的技术问题是提供一种LED透镜及发光装置，能够利用菲涅尔衍射原理对局部光斑亮度进行调整，改善光斑亮暗分布情况。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种LED透镜，包括：

透镜主体，所述透镜主体包括出光面和入光面，所述出光面包括多个平面曲面和球面，所述平面曲面和球面依次连接，并且所述至少一个平面曲面和球面形成顺序排列。

可选地，所述出光面的平面曲面宽度相同。

可选地，所述平面曲面的宽度范围为0.1mm-0.3mm。

可选地，所述平面曲面的宽度为0.19mm。

可选地，所述出光面的平面曲面宽度不相同。

可选地，所述平面曲面的宽度范围为0.1mm-0.2mm。

可选地，所述出光面的球面宽度相等。

可选地，所述球面的宽度范围为0.01mm-0.2mm。

可选地，所述球面的宽度为0.06mm。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的另一个技术方案是：提供一种发光装置，包括：

壳体和设置于壳体上的LED芯片，还包括以上所述的LED透镜，所述LED透镜通过柱脚固定于所述壳体上，使得所述LED芯片正好收容于收容腔中且中心轴重合。

本实用新型实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施方式提供一种LED透镜及发光装置，包括：透镜主体，所述透镜主体包括出光面和入光面，所述出光面包括多个平面曲面和球面，所述平面曲面和球面依次连接，并且所述至少一个平面曲面和球面形成顺序排列。本实用新型所述的LED透镜，通过平面曲面和球面依次连接将出光面等效为菲涅尔衍射面，利用菲涅尔衍射原理对局部光斑亮度进行调整，改善光斑亮暗分布情况。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型另一实施方式提供的一种发光装置的剖面结构示意图；

图2是本实用新型实施方式提供的一种LED透镜的结构示意图；

图3是图2所示的LED透镜的主视图；

图4是图2所示的LED透镜的侧视图；

图5是图2所示的LED透镜的俯视图；

图6是图2所示的LED透镜的仰视图；

图7是图2所示的LED透镜的剖视图；

图8是本实用新型一种实施方式的剖面结构示意图；

图9是本实用新型另一种实施方式的剖面结构示意图。

参见图1至图9，1为发光装置，10为LED透镜，20为壳体，30为LED芯片，111为柱脚，12为透镜主体，121为出光面，122为收容腔，123为入光面。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，图1是本实用新型另一实施方式提供的一种发光装置的剖面结构示意图，一种发光装置1，包括：壳体20、LED芯片30和LED透镜10。所述LED芯片30设置于所述壳体20的上表面，一般通过焊锡的方式将所述LED芯片30进行固定并完成电连接。在所述LED芯片30上方罩覆LED透镜10，使得所述LED芯片30正好收容于LED透镜10的收容腔122中，且LED透镜10和LED芯片30中心轴重合。进一步地，所述LED透镜10通过柱脚111与壳体20进行固定，可以通过插接的方式进行固定，或者，通过卡扣的方式进行固定，以及等等。

所述发光装置1可以用做电视(Television，简称TV)背光，能够实现对局部光斑的亮度调整，改善光斑亮暗分布情况，得到亮度分布由中心向四周均匀缓慢减弱的圆行光斑，提高电视的播放效果。

请参阅图2至图9，图2是本实用新型实施方式提供的一种LED透镜的结构示意图，一种LED透镜10，包括：透镜主体12。

所述透镜主体12包括出光面121和入光面123，所述透镜主体12的外侧面构成出光面121，在出光面121中心处设置凹陷，该凹陷位于所述透镜主体12的顶部中心处，凹点位于LED透镜10的中心轴上，并且所述凹陷处侧面为向透镜主体12弯曲的结构，用于出射LED芯片30发出的直射光线，增强中部光斑亮度。

所述出光面121还包括多个平面曲面和球面，所述平面曲面和球面依次连接，并且所述至少一个平面曲面和球面形成顺序排列，具体为：如图8和图9所示，为用一个经过LED透镜10中心轴的平面竖直剖开所述LED透镜10所得到的剖面图，其中，A为其中一个平面曲面的剖面轮廓线，B为其中一个球面的剖面轮廓线，可以看到，所述球面的剖面轮廓线一端连接第一平面曲面的剖面轮廓线，另一端连接与所述第一平面曲面相邻的第二平面曲面的剖面轮廓线，所述第二平面曲面的剖面轮廓线位于所述第一平面曲面的剖面轮廓线上方，且所述第二平面曲面的剖面轮廓线下端点位于所述第一平面曲面的剖面轮廓线上端点的上方，所述球面的剖面轮廓线位于所述第一平面曲面和所述第二平面曲面的剖面轮廓线的连线上，所述第一平面曲面的剖面轮廓线、球面的剖面轮廓线和第二平面曲面的剖面轮廓线近似在一个面上，且按照第一平面曲面、球面和第二平面曲面的顺序依次连接，形成顺序排列。所述出光面121沿透镜主体12底部至凹陷方向逐渐减小，其中，所述球面等效狭缝，相邻球面间的平面曲面则等效狭缝间距，即将所述出光面121等效为菲涅尔衍射面，使得所述LED透镜10能够利用菲涅尔衍射原理对入射光的振幅进行空间周期性调制，即调整局部光斑的亮度，有规律地改变光斑的亮暗分布情况。

其中，每个球面均由相同弧长的弧线绕LED透镜10的中心轴旋转围成，球面宽度为所述绕LED透镜10的中心轴旋转围成球面的弧线的弧长，故该LED透镜10出光面121上的每个球面宽度均相等，所述球面宽度范围为0.01mm-0.2mm，在该范围内，适配任何高度和大小的LED芯片均能有明显的衍射效果，均能对局部光斑的亮度进行调节，其中，优选值为0.06mm，此时，球面等效的狭缝衍射效果最好，即改善光斑亮暗分布情况的效果最好。

而所述平面曲面则是由许多微小平面环绕LED透镜10的中心轴线拼接而成，所述平面曲面围成的形状可近似为圆形，且所述圆形沿透镜主体12底部至凹陷方向逐渐减小，用于折射入光面123出射的光线，改变菲涅尔衍射光斑为明暗相间的圆环的情况。每个平面曲面等角度设置，即所述平面曲面与LED透镜10中心轴的夹角相同；进一步地，每个平面曲面的宽度相等或不相等，其中，平面曲面的宽度定义为：拼接成平面曲面的若干微小平面在平面曲面和球面顺序排列方向上的长度，因为所述平面曲面等效狭缝间距，所以平面曲面的宽度影响LED透镜10的整体光斑明暗分布情况，例如，若狭缝间距较大，相邻狭缝的光斑重叠部分较少，则光斑亮度相对会稍暗；若狭缝间距较小，则相邻狭缝的光斑重叠部分会增多，因此，光斑亮度则会相应的变亮。本实用新型正是依据该原理实现对局部光斑亮度的调整来改善光斑亮暗分布情况。

如图8所示，当每个平面曲面宽度不相等时，所述出光面121等效的菲涅尔衍射面狭缝等宽不等间距，此时，所述平面曲面的宽度范围为0.1mm-0.2mm，在不同的位置设置不同间距的狭缝，能够改变不同位置的出光亮度，例如，将光斑等效为箭靶，中部为10环位置，次位为6环位置，外围为2环位置，同时，也将LED透镜10的出光面121等效为箭靶，中间凹陷处为10环位置，菲涅尔衍射面的上段为6环位置，下段为2环位置，与光斑一一对应，当6环位置的光斑过亮，则可以通过调整6环位置的菲涅尔衍射面的狭缝间距来局部调整光斑的亮度，实现对局部光斑亮度的调整，改善光斑亮暗分布情况。

如图9所示，当每个平面曲面宽度相等时，所述出光面121等效的菲涅尔衍射面狭缝等宽等间距，此时，所述平面曲面的宽度范围为0.1mm-0.3mm，其中优选值为0.19mm，该宽度所得到的光斑为理想光斑——亮度分布由中心向四周均匀缓慢减弱的圆。

在所述透镜主体12底部开设收容腔122，所述收容腔122横截面为圆形，且设置于透镜主体12底部中心处。所述收容腔122上端形状为子弹头形，顶部与出光面121的凹陷处对应，且位于LED透镜10的中心轴上，即所述收容腔122与所述出光面121凹陷处中心轴重合。收容腔122侧壁为入光面123，该入光面123为自由曲率曲面，此时，入光面123顶部与出光面121凹陷处对应，使得LED芯片30出射的直射光线均从入光面123顶部出射至出光面121凹陷处，并经出光面121凹陷处出射，子弹头形的收容腔122形成的入光面123则增大了出光面121接收面积，增大光斑。

在一些可替代实施方式中，还可以通过在透镜主体12底面设计不同的纹面对光线进行二次反射，所述纹面环绕收容腔122设置，提高光的利用率，即提高光效。

在透镜主体12四周设置柱脚111，所述柱脚111数量为3，环绕透镜主体12呈三角分布，使得所述LED透镜10能稳固固定在发光装置1的壳体20上。当然，在一些可替代实施方式中，所述柱脚111的数量也可根据实际情况设置为4个、2个以及等等。

本实用新型实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施方式提供一种LED透镜及发光装置，包括：透镜主体，所述透镜主体包括出光面和入光面，所述出光面包括多个平面曲面和球面，所述平面曲面和球面依次连接，并且所述至少一个平面曲面和球面形成顺序排列。本实用新型所述的LED透镜，通过平面曲面和球面依次连接将出光面等效为菲涅尔衍射面，利用菲涅尔衍射原理对局部光斑亮度进行调整，改善光斑亮暗分布情况。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施方式，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。