专利名称：一种led用广角配光透镜及灯箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种透镜，特别是一种LED专用的广角配光透镜及灯箱。
技术背景LED光源作为绿色节能的光源，在照明领域正逐步取代传统光源。大功率LED相对小功率LED光效更高、显色指数更好、温度和光衰特性更加稳定。是照明用LED光源主流的方向，也是目前国际LED大厂研发的主流方向。然而由于大功率LED单颗亮度较高的特点、目前主要用在射灯等重点照明领域以及道路照明。商业或家居的泛光照明灯具目前仍以3528、5050等1瓦以下的小、中功率LED为主。目前的LED面光源照明主要有两种1)侧光式照明通常在采用中、小功率LED线性排列于导光板侧边，通过背光网点的散射使光线均勻。其缺点是在导光板材料内部不断反射，通过光程较长，光损严重。2)直下式照明通常直接使用LED阵列作为背光，通过扩散材料实现光线的均勻与柔化。由于LED为Lambertian配光，中心光线最强，单颗LED形成的光斑范围小，若使用稀疏排列的大功率LED作为背光源，则不足以实现均勻扩散，会形成亮点。因此目前的面光源多使用小功率LED密布，以避免形成明显的光斑。其缺点是1、小功率LED通常非照明级产品，寿命和可靠性较差；2、实现同样的面光源照明，小功率LED用量为大功率LED的20 倍左右，单位光通量成本较昂贵。颗数的增加也进一步降低了系统的可靠性。
发明内容本实用新型正是为了解决上述问题而实用新型的一种LED用广角配光透镜。本实用新型是通过以下技术手段实现的一种LED用广角配光透镜，为一旋转体，包括有一入射面及一出射面；所述的LED 透镜入射面也设置有一个凹坑，凹坑内曲面为一个由内曲线旋转构成的旋转面，LED设置在凹坑内；所述的出射面为平滑过渡的旋转面。中心为一凹面，凹面向外过渡逐渐凸起后在边沿向下弯曲。所述的透镜高为H，外曲面深度为t，内曲面高度为h，透镜底部直径为D，凹槽的底部直径为d ；所述的各个数值关系为d/2 < h < d ；D/5 < H < D/2 ；H/10 < t < H/4 ；2d < D < 5D ；所述的内、外曲面轮廓线为离散点拟合而成的3阶以上高次函数曲线。所述的灯箱，包括灯箱、带广角配光透镜的LED阵列以及灯箱面上的面板，所述的带广角配光透镜的LED阵列安置在灯箱内，上方安装有灯箱外框；所述的带广角配光透镜的LED阵列为多个LED上分别罩有广角配光透镜；所述的外框与带广角配光透镜的LED阵列之间还设置有漫透射扩散材料层。所述带广角配光透镜的LED阵列安置在灯箱内，各个LED灯或灯组之间间距大于 LED灯发光面到漫透射扩散材料层的距离。所述的灯箱内，LED采用0. 3W及以上的大、中功率LED。[0013]本实用新型通过全新的透镜设计，可将LED灯的Lambertian配光分布转化成扁平盘状配光分布，使得光线倾向两侧分布，中心光强削弱，边缘光强增强，从而在受照平面形成大角度范围均勻光斑。如附图1是LED光源Lambertian配光分布；附图2经过二次光学透镜后的配光分布。从图中我们可以明确看出中心光强A为峰值光强C的1/10左右；向上半峰值全角B处 110° 140° ；峰值C全角140° 160° ；向下半峰值全角度D处150° 175°。图3 为LED经过二次光学透镜后光晕轮廓示意图，LED光源S，距离漫透射扩散材料层L透射出直径为M的光晕，其中D彡池。从上可得知在面光源使用中，本实用新型透镜在保证LED高亮节能的同时，通过将LED灯的Lambertian配光分布转化成扁平盘状配光分布，从而在受照平面形成大角度范围均勻光斑。能够使稀疏排列的大功率LED作为背光的面光源实现均勻扩散。避免了亮点或光斑的出现。本实用新型的优点是1、解决了光斑的问题，实现照明级大功率LED作为在均勻面光源照明的应用，LED单灯性能稳定，颗数减少，系统寿命和可靠性好；2、大功率LED 光效较高，散热性能好，寿命较长，是照明用LED发展的主要趋势；3、本实用新型透镜结合大功率LED作为面光源背光，由于单灯的均勻扩散面积大，能够使面光源在连续2颗LED发生故障的情况下在出光面仍看不到暗斑，减少了系统的维护。
图1为一般的LED光源Lambertian配光分布；图2为经过二次光学透镜后的配光分布；图3为LED经过二次光学透镜后光晕轮廓示意图；图4为透镜的剖面示意图；图5为透镜的机构示意图；图6为LED阵列中一个LED单元的结构示意图；图7为LED灯箱的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图4、5、6和7对本实用新型进行进一步的阐述，以方便本领域工作人员更加方便理解本实用新型的构思。如图7所示，一种灯箱，包括灯箱7和外框10、带广角配光透镜的LED阵列8以及灯箱面上的漫透射面板9。所述的带广角配光透镜的LED阵列8为多个LED上分别罩有广角配光透镜；所述的漫透射面板9指的是一层由光学扩散材料(Diffuse!·)做成的面板，能够使光线透过并散射出去，漫透射面板9可以是雾化的PC、PS、PMMA等塑料板材或广告纸等；所述的灯箱7能够固定LED阵列与漫透射面板，并保持适当的间距。如图6所示，上述LED阵列的一个LED单元的结构，LED透镜4上设置有两个定位孔，在LED灯6周围设置有定位轴5，定位轴5对应在LED透镜4的定位孔槽内，LED灯6设置在透镜入射面的凹槽内。实用状态下，LED产生的光线通过透镜广角配光(定位结构为保证LED发光芯片中心与透镜旋转轴同心，包括但不限于此方式)。如图4及5所示，一个具体的透镜结构示意图，LED透镜为一旋转体，包括有一入射面2及一出射面1 ；所述的LED透镜入射面2也设置有一个凹坑，凹坑内曲面为一个由内曲线旋转构成的旋转面，LED设置在凹坑内；所述的出射面1顶端也为一凹面，凹面为平滑过渡的旋转曲面。所述的透镜高为H，外曲面深度为t，内曲面高度为h，透镜底部直径为D，凹槽的底部直径为d ；所述的各个数值关系为d/2 < h < d ；D/5 < H < D/2 ；H/10 < t < H/4 ； 2d < D < 5D ；所述的内、外曲面轮廓线为离散点拟合而成的3阶以上高次函数曲线。再结合附图7所示，上述的灯箱7内的带广角配光透镜的LED阵列8，各个LED灯或灯组之间间距大于LED灯发光面到漫透射扩散材料层的距离。广告灯箱内的LED优选采用1瓦及以上的大功率LED，可以使得配光效果达到最佳。以上是对本实用新型所提供的一种LED用广角配光透镜及其应用进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的结构和构思进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，如运用在其他照明领域。 综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
权利要求1.一种LED用广角配光透镜，其特征在于所述的LED透镜为一旋转体，包括有一入射面及一出射面；所述的LED透镜入射面也设置有一个凹坑，凹坑内曲面为一个由内曲线旋转构成的旋转面，LED设置在凹坑内；所述的出射面为平滑过渡的旋转面，中心为一凹面，凹面向外过渡逐渐凸起后在边沿向下弯曲。
2.根据权利要求1所述的LED用广角配光透镜，其特征在于所述的透镜高为H，外曲面深度为t，内曲面高度为h，透镜底部直径为D，凹槽的底部直径为d ；所述的各个数值关系为d/2 < h < d ；D/5 < H < D/2 ；H/10 < t < H/4 ;2d < D < 5D ；所述的内、外曲面轮廓线为离散点拟合而成的3阶以上高次函数曲线。
3.一种运用权利要求1所述LED用广角配光透镜的灯箱，其特征在于所述的灯箱，包括灯箱、带广角配光透镜的LED阵列以及灯箱面上的面板，所述的带广角配光透镜的LED阵列安置在灯箱内，上方安装有灯箱外框；所述的带广角配光透镜的LED阵列为多个LED上分别罩有广角配光透镜；所述的外框与带广角配光透镜的LED阵列之间还设置有漫透射扩散材料层。
4.根据权利要求3所述的灯箱，其特征在于所述带广角配光透镜的LED阵列安置在灯箱内，各个LED灯或灯组之间间距大于LED灯发光面到漫透射扩散材料层的距离。
5.根据权利要求4所述的灯箱，其特征在于所述的灯箱内，LED采用0.3W及以上的大、 中功率LED。
专利摘要本实用新型涉及LED专用的广角配光透镜，该透镜为一旋转体，包括有一入射面及一出射面；所述的LED透镜入射面设置有一个凹坑，凹坑内曲面为一个由平滑曲线旋转构成的旋转面，曲面顶部平滑过渡，LED设置在凹坑内；所述的出射面为平滑过渡的旋转面。中心为一凹面，凹面向外过渡逐渐凸起后在边沿向下弯曲。本实用新型LED照明解决了光斑的问题，实现照明级大功率LED作为在均匀面光源照明的应用，LED单灯性能稳定，颗数减少，系统寿命和可靠性好。
文档编号F21S2/00GK201935119SQ201020238350
公开日2011年8月17日 申请日期2010年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者朱庆山, 肖伟, 钟雄, 黄瑞彬 申请人:深圳市九洲光电科技有限公司