专利名称：一种集成式大功率封装led光源光学透镜及其led路灯的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学透镜及其LED路灯，尤其是涉及一种集成式大功率封装LED光源光学透镜及其LED路灯。
背景技术：
在LED路灯的应用领域中，光源封装方式分为两大类单晶、集成式封装。从成本及灯具重量角度来看，集成式光源较具优势，但以散热及光学透镜技术角度看，集成式光源难度较高。单晶可视为点光源，其光学透镜设计容易，目前其二次光学 透镜设计已可符合各种道路照明设计要求，但集成式LED光源为面光源，其光学透镜设计难度高，因此其应用于道路照明仍受局限，灯具发光角度不够大，以致于当路灯杆杆距大时，道路路面照度均匀度不理想，甚至不符合道路照明标准。
发明内容本实用新型设计了一种集成式大功率封装LED光源光学透镜及其LED路灯，其解决的技术问题是现有LED路灯在进行道路照明时，灯具发光角度不够大，以致于当路灯杆杆距大时，并且道路路面照度均匀度不理想。为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用了以下方案—种集成式大功率封装LED光源光学透镜,其特征在于所述透镜包括X向的光线拉开单元和I向的收光单元，所述X向的光线拉开单元将光线拉伸角度控制在120° —140°之间以照射灯杆与灯杆之间的距离，所述y向的收光单元将光线拉伸角度控制在40° — 50°之间以照射路面宽度的方向。进一步，所述X向的光线拉开单元的光出射面包括内凹弧面(11)和两个外凸弧面(12)，所述内凹弧面(11)位于两个外凸弧面(12)之间并且处在所述透镜外部中心处；所述X向的光线拉开单元的光入射面为带角度弧面(13)。进一步，所述透镜的带角度弧面(13)上方三分之二到四分之三区域为Fresnel透镜所取代。进一步，所述y向的收光单元包括光出射面(22)和弧形光入射面(21)。进一步，带角度弧面(13)剖面为三角形，带角度弧面(13)深度高于弧形光入射面
(21)深度。进一步，透镜材料为钢化玻璃，并且在光入射面及出射面镀一层纳米薄膜。进一步，所述透镜外部还设有两个相互平行但长度相互不同的a边和b边。一种LED路灯，包括透镜、透镜固定板(4)、集成芯片固定板(5)、散热鳍片(6)以及LED芯片(7)，所述透镜为集成式大功率封装LED光源光学透镜。该集成式大功率封装LED光源光学透镜及其LED路灯与传统路灯透镜及路灯相t匕，具有以下有益效果[0015](I)本实用新型透镜由于包括x向的光线拉开单元和y向的收光单元，X向的光线拉开单元将光线拉开120° —140°角度，确保灯杆与灯杆之间道路矩形光斑的要求，符合照度均匀度的要求；y向的收光单元将光线拉伸角度控制在40° — 50°之间，以确保道路照明的同时避免与对面路灯光线相互的干涉。(2)本实用新型透镜由于使用钢化玻璃，材料稳定，适合户外使用，透光率可达94% — 96%之间，再经过纳米镀膜技术，透光率更可达99%，再一次提升灯具发光效率。( 3 )本实用新型由于透镜表面经过纳米镀膜，除了增加透光率外，更可以防止灰尘沾黏在镜面上，在雨后镜面仍可保持干净，维持透光率。(4)本实用新型透镜的带角度弧面上方三分之二到四分之三区域为Fresnel透镜所取代，Fresnel透镜利用锯齿性结构缩小透镜厚度，缩小透镜厚度 等于减少光在透镜中被吸收增加出光率。
图I :光线反射和折射不意图；图2 :本实用新型集成式大功率封装LED光源光学透镜的俯视图；图3 :本实用新型集成式大功率封装LED光源光学透镜的后视图；图4 :本实用新型集成式大功率封装LED光源光学透镜的后视面出光图；图5 :本实用新型集成式大功率封装LED光源光学透镜的侧视图；图6 :本实用新型集成式大功率封装LED光源光学透镜的侧视面出光图；图7 :本实用新型集成式大功率封装LED光源光学透镜第二种结构的俯视图；图8 :本实用新型集成式大功率封装LED光源光学透镜第二种结构的后视图；图9 :本实用新型LED路灯的主视图；图10 :本实用新型LED路灯的侧视图；图11 :本实用新型集成式大功率封装LED光源光学透镜立体结构示意图I ;图12 :本实用新型集成式大功率封装LED光源光学透镜立体结构示意图II ；图13 :本实用新型的配光曲线图；图14 :图13的配光曲线图的直角坐标形式。附图标记说明I—路灯透镜；11—内凹弧面；12—外凸弧面；13—带角度弧面；21—弧形光入射面；22—光出射面；3—Fresnel透镜；4一透镜固定板；5—集成芯片固定板；6—散热鳍片；7—LED芯片。
具体实施方式
下面结合图I至图14,对本实用新型做进一步说明如图I 所不，Snell 定律nlsin 0 1= n2sin 0 2N为介质的折射率，0 1为入射角、反射角(反射角等于入射角)，0 2为折射角。空气折射率约I. 0，玻璃折射率约I. 5— I. 7。通过Snell定律,我们可以根据入射光的方向向量求取折射光的方向向量。考虑光通量与光强度关系f 6 2
少 LED=I v(°) I sln0 I y(§)de折算每条光线所携带的光通量
^ray=^LED/NI V(O)为LED发光平面法线轴上光强值，I V( 0 )是0角度上光強，N是LED期望的总光线数，Oray是每根光强于轴上光强的归一化值，即相对光线携带的光通量。如图2所示，一种集成式大功率封装LED光源光学透镜， 透镜包括X向的光线拉开单元和I向的收光单元，X向的光线拉开单元将光线拉伸角度控制在120° —140°之间以照射灯杆与灯杆之间的距离，y向的收光单元将光线拉伸角度控制在40° — 50°之间以照射路面宽度的方向。图2中a边和b边一方面为配光设计需要，另一方面为灯具组装时防呆措施，因为a边和b边大小不同，透镜放置到灯具时方向不会摆错。如图3所示，入射面及出射面曲率是属於一种非球面设计，出射面还设计成两种曲面。包括内凹弧面11和两个外凸弧面12，内凹弧面11位于两个外凸弧面12之间并且处在透镜外部中心处。光入射面为带角度弧面13。如图4所示，以Snell定率为基础，经过所设计透镜第一个界面先将LED芯片光先做第一次拉开角度，再经过透镜第二界面将光线拉开所要的角度，并在不同角度上形成不同光强分布，实现道路矩形光斑的要求，符合照度均匀度要求。为配合不同路灯灯杆距离(一般为30米到45米)，光线拉开角度及光强分布需不同，是由设计透镜入射面及出射面不同曲率来完成。如图5所示，为配合不同路面宽度(一般为二到六车道)，光线集中角度及光强分布不同，是由设计透镜入射面及出射面不同曲率来完成。I向的收光单元包括光出射面22和弧形光入射面21。入射面及出射面曲率是属于一种非球面设计，出射面还设计成两种曲面(外凸及内凹)。如图6所示，以Snell定率为基础，经过所设计透镜第一个界面先将芯片光线做第一次收光，再经过透镜第二界面将光线收到所要的角度，并在不同角度上形成不同光强分布，实现道路矩形光斑的要求，符合照度均匀度要求。如图7所示，透镜的带角度弧面13上方三分之二到四分之三区域为Fresnel透镜所取代。如图8所示，Fresnel透镜有缩小透镜厚度的效果(减少透镜对光的吸收路径)，及增加透镜适用性范围，即不同路灯功率和道路不同种类等之配光设计需求。此为本实用新型另一种透镜设计，实现相同的配光设计。如图9所示，一种LED路灯，包括透镜I、透镜固定板4、集成芯片固定板5、散热鳍片6以及LED芯片7，透镜为集成式大功率封装LED光源光学透镜。如图10所示，透镜I位于透镜固定板4上方，LED芯片7安装集成芯片固定板5上，集成芯片固定板5位于散热鳍片6上。[0056]如图11所示，集成式大功率封装LED光源光学透镜的出射面包括内凹弧面11和两个外凸弧面12,内凹弧面11位于两个外凸弧面12之间。如图12所示，集成式大功率封装LED光源光学透镜的入射面为一水滴结构。如图13所示，为本实用新型之灯具配光曲线图，依光学定义，所张开角度为光强最大的一半所在的位置角度，由图13得到X方向角度为137°，所得y方向角度为50°，实现了设计要求。如图14所示，为图13所相应各角度的光强分布之直角坐标图，横轴为x、y方向的角度，纵轴为x、y方向各角度所对应到的光强度，同图13，依光学定义，所张开角度为光强最大的一半所在的位置角度，由图13所得X方向角度为137°，所得y方向角度为50°，实现了设计要求。 本实用新型具有以下技术效果I、单晶光源一般是透过二次光学来完成道路配光要求，每经过一个透镜光将有7%—15%的光损失，即透光率85% — 93%之间，因此累积下来，就有14% — 30%的光损失，影响灯具的发光效率，本实用新型只需要一个透镜即可完成道路配光要求，大大减少光损失，提升灯具发光效率。2、单晶光源考虑成本，常使用透镜材料为PC、PVC、ABS、PP或PMMA等塑化材料，由于易于变形、老化、变质，不利户外使用，本实用新型使用钢化玻璃，材料稳定、耐候，适合户外使用，透光率可达94% — 96%之间，再经过奈米镀膜技术，透光率更可达99%，再一次提升灯具发光效率。3、透镜表面经过奈米镀膜，除了增加透光率外，更可以防止灰尘沾黏在镜面上，在雨后镜面仍可保持干净，维持透光率。4、透镜底部(在集成芯片一面)有一凹面，面上可以为一平滑面或成锯齿状，此锯齿状设计是一种Fresnel透镜设计概念，有缩小透镜厚度的效果(减少透镜对光的吸收路径)，及增加透镜适用性范围，即不同路灯功率和道路不同种类等之配光设计需求。5、透镜的透光率取决于所使用的材料，虽然我们可以选用透光率较高的材料，但由于透镜的设计及物理特性，灯具的最佳出光率往往只剩下85%，Fresnel透镜设计可以增力咄光率，增加LED光的使用率。此技术也成功应用在聚光型太阳能电板上，增加聚光，进而增加发电效率。上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种集成式大功率封装LED光源光学透镜,其特征在于所述透镜包括X向的光线拉开单元和I向的收光单元，所述X向的光线拉开单元将光线拉伸角度控制在120° —140°之间以照射灯杆与灯杆之间的距离，所述y向的收光单元将光线拉伸角度控制在40° — 50°之间以照射路面宽度的方向。
2.根据权利要求I所述集成式大功率封装LED光源光学透镜，其特征在于所述X向的光线拉开单元的光出射面包括内凹弧面(11)和两个外凸弧面(12 )，所述内凹弧面(11)位于两个外凸弧面(12)之间并且处在所述透镜外部中心处；所述X向的光线拉开单元的光入射面为带角度弧面(13)。
3.根据权利要求2所述集成式大功率封装LED光源光学透镜，其特征在于所述透镜的带角度弧面(13)上方三分之二到四分之三区域被替换成Fresnel透镜。
4.根据权利要求2或3所述集成式大功率封装LED光源光学透镜，其特征在于所述y向的收光单元包括光出射面(22)和弧形光入射面(21)。
5.根据权利要求4所述集成式大功率封装LED光源光学透镜，其特征在于带角度弧面(13)剖面为三角形，带角度弧面(13)深度为弧形光入射面(21)深度。
6.根据权利要求5所述集成式大功率封装LED光源光学透镜，其特征在于透镜材料为钢化玻璃，并且在光入射面及出射面镀一层纳米薄膜。
7.根据权利要求6所述集成式大功率封装LED光源光学透镜，其特征在于所述透镜外部还设有两个相互平行的但长度相互不同的a边和b边。
8.—种LED路灯，包括透镜、透镜固定板(4)、集成芯片固定板(5)、散热鳍片(6)以及LED芯片(7)，其特征在于所述透镜为权利要求I至7中任何一项所述集成式大功率封装LED光源光学透镜。
专利摘要本实用新型涉及一种集成式大功率封装LED光源光学透镜及使其的路灯，其特征在于所述透镜包括x向的光线拉开单元和y向的收光单元，所述x向的光线拉开单元将光线拉伸角度控制在120°—140°之间以照射灯杆与灯杆之间的距离，所述y向的收光单元将光线拉伸角度控制在40°—50°之间以照射路面宽度的方向。本实用新型透镜由于包括x向的光线拉开单元和y向的收光单元，x向的光线拉开单元将光线拉开120°—140°角度，确保灯杆与灯杆之间道路矩形光斑的要求，符合照度均匀度的要求；y向的收光单元将光线拉伸角度控制在40°—50°之间，以确保道路照明的同时避免与对面路灯光线相互的干涉。
文档编号F21V5/04GK202442262SQ20112056308
公开日2012年9月19日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者李顺程 申请人:四川鋈新能源科技有限公司