CN102620181B - Led配光光源、制作方法及其采用的实心透镜体 - Google Patents

Abstract

一种LED配光光源，包括平底面实心透镜体和LED多芯片模组，该模组设置于该透镜体背面，它表面的硅胶层与该透镜体的平底面的中心区域无空隙紧密贴合，发出的光直接进入该透镜体形成路灯要求的蝙蝠翼矩形光场；并位于该模组内的LED芯片的前方、在该透镜体的平底面中心区域周围的部分上覆盖反射膜，以反射来自该透镜体的部分折射光和部分反射光。其为具有单一透镜的一次光源，LED多芯片模组发出的光通过该透镜体直接形成路灯要求的蝙蝠翼矩形光场，其反射膜能够将来自透镜体的部分折射光和部分反射光再次反射出，减少光能损失，提高光效，光场亮度的均匀性高于规范的要求值上限40%。

Description

LED配光光源、制作方法及其采用的实心透镜体

技术领域

本发明涉及高功率LED路灯用的光源组件制作技术，特别是一种LED配光光源、制作方法及其采用的实心透镜体，LED配光光源由LED多芯片模块直接与实心透镜体无空隙紧密贴合构成具有单一透镜的一次光源，能够直接形成路灯规范所要求的蝙蝠翼矩形光场，而且亮度的均匀性高于规范的要求值上限。

背景技术

传统灯具的发光角度多为360度，为提升光的利用率，厂商均于光源背部设置一起反射作用的反射杯，收集利用不到的部分光，来提升照度。

目前LED路灯矩形光场的配光，不论是颗粒式的组合或模组化的组合，透镜的配光均采用多颗透镜或多颗透镜组合成一块的透镜配光，甚至于有的仅用灯具的下壳透明体当配光透镜。其灯具光源的反射方式与传统灯具一样沿用加装反射杯的传统设计方式，试图用灯具上壳内凹处的金属电镀或单颗粒式LED自身的反射杯的反射作用来提升照度，实际使用中反射杯并没有多大效果使照度提升。由于LED灯其发光角度小于180度（约120~130度角），在其光源背部加反射杯是不必要的多余设计，不会有多大效果，且使成本增加。

采用LED多芯片模块路灯的矩形光场和照度的均匀性多不理想，采用三次光源的方式可以使其矩形光场和照度的均匀性提高，但是光效损失很大。以二次光源来说，光效大约折损15～25%之间，以中间值来算如果是三次光源则光效就只剩64%了。

利用LED多芯片模组直接通过散光透镜配光可以形成需要的矩形光场，但由于散光透镜的采用，还是会有相当一部分的光能会因透镜的折射、反射被损失浪费。

由LED多芯片模组通过一个实心透镜体直接形成矩形光场，并于其中LED芯片前面、在实心透镜体的光入射区域周围的部分上覆盖反射膜，由反射膜将来自实心透镜体的部分折射光和部分反射光再次反射出，以这种方式构成的高光效LED配光光源未见有关文献披露。

发明内容

为克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种LED配光光源及其制作方法，由LED多芯片模块直接与实心透镜体无空隙紧密贴合构成，LED多芯片模组发出的光直接进入实心透镜体形成路灯要求的蝙蝠翼矩形光场。

本发明同时提供一种带有反射膜的实心透镜体，用来制作LED配光光源，满足市场需要。

本发明LED配光光源，包括：

一个平底面实心透镜体，它的平底面的中心区域作为光入射区域； 

一LED多芯片模组，设置于所述平底面实心透镜体背面，该LED多芯片模组表面的硅胶层与所述平底面实心透镜体的平底面的中心区域无空隙紧密贴合，该LED多芯片模组发出的光直接进入所述平底面实心透镜体形成路灯要求的蝙蝠翼矩形光场；以及，

反射膜，该反射膜覆盖于所述平底面实心透镜体的平底面的中心区域周围的部分上，且位于所述LED多芯片模组内的LED芯片的前方，用于反射来自所述平底面实心透镜体的部分折射光和部分反射光。

其中，所述反射膜的形状可为长圆形，中间有与所述平底面实心透镜体的平底面的中心区域形状适配的矩形开口。所述反射膜可是铝膜、银膜等金属反射膜，厚度为 0.001 - 0.02 mm，反射膜可以通过真空溅射工艺形成。

一种上述LED配光光源的制作方法，包括以下步骤：

配置一个平底面实心透镜体，它的平底面的中心区域作为光入射区域；

在该平底面实心透镜体的平底面的中心区域周围的部分上覆盖反射膜，以反射来自该平底面实心透镜体的部分折射光和部分反射光；该反射膜可以是通过真空溅射工艺形成的铝膜、银膜等金属反射膜，厚度为 0.001 - 0.02 mm。

在该平底面实心透镜体背面设置一LED多芯片模组，使该LED多芯片模组表面的硅胶层与该平底面实心透镜体的平底面的中心区域无空隙紧密贴合，该LED多芯片模组发出的光直接进入所述平底面实心透镜体形成路灯要求的蝙蝠翼矩形光场，并且来自该平底面实心透镜体的部分折射光和部分反射光通过所述反射膜反射。

在上述配光光源中，最好采用如下带有反射膜的实心透镜体。

该带有反射膜的实心透镜体包括：一基部，该基部的下底面为平底面，该平底面的中心区域作为光入射区域，在该平底面的中心区域周围的部分上设置反射膜，用于反射来自该实心透镜体的部分折射光和部分反射光；一凸出部分，该凸出部分位于所述基部上，包含中间部和对称设置于该中间部两头的两个部分球体部、，该两个部分球体部的折射球面和该中间部的折射弧面平滑连接； 两个反射平面，该两个反射平面对称设置于所述凸出部分的中间部的上中部内，分别向相邻的部分球体部倾斜，用于将从所述基部的平底面的中心区域射入该实心透镜体的部分光反射到相邻的部分球体部的折射球面射出；以及，两个遮光平面，该两个遮光平面分别位于所述两个反射平面的根部，近所述两个反射平面的交线处。

该实心透镜体进一步可包括两个侧反射平面，该两个侧反射平面对称设置于所述凸出部分的中间部的两侧，可以镀铝膜或银膜等，也可不镀膜，用于控制矩形光场的深度（即与马路垂直方向的光场宽度）。所述两个反射平面之间的夹角可为50-135度。

本发明LED配光光源是具有单一透镜的一次光源，由LED多芯片模块直接与平底面实心透镜体无空隙紧密贴合构成，LED多芯片模组发出的光直接进入平底面实心透镜体形成路灯要求的蝙蝠翼矩形光场，而且亮度的均匀性高于规范的要求值上限40%，光效提高，避免了传统采取二次光源或三次光源的设计方式导致的光效损失问题。

在LED配光光源中，在所述实心透镜体的平底面的中心区域周围的部分上覆盖有反射膜，该反射膜位于LED多芯片模组内的LED芯片的前方，能够将来自所述实心透镜体的部分折射光和部分反射光再次反射出，大大减少了光能损失。

采用带有反射膜的平底面实心透镜体和无反射膜的平底面实心透镜体分别制成的同一规格LED配光光源，经对比测试，带有反射膜的前者比后者光效提升20%以上。

其透镜体为平底面实心体结构，包括基部和由中间部和对称设置于中间部两头的两个部分球体部构成的凸出部分，通过设置于中间部的上中部的两个反射平面可将射入透镜体的部分光反射到两部分球体部的折射球面射出，形成蝙蝠翼矩形光场配光曲线；基部的平底面的中心区域作为光入射区域，在基部的平底面的中心区域周围的部分上设置反射膜，能够反射来自该实心透镜体的部分折射光和部分反射光，使光能损失大大减少。  

附图说明

图1为其实施例1立体图；

图2为图1实施例1中平底面实心透镜体的立体图；

图3为图1实施例1的横向剖视图；

图4为图1实施例1的俯视图；

图5为其实施例2采用的平底面实心透镜体立体图；

图6、7、8为图5的横向剖视图、纵向剖视图和俯视图；

图9为图5平底面实心透镜体的光路示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

参照图1-4，实施例1 LED配光光源主要包括：一个平底面实心透镜体1，它的平底面的中心区域111作为光入射区域； LED多芯片模组2，设置于所述平底面实心透镜体1背面，该LED多芯片模组2表面的硅胶层26与所述平底面实心透镜体1的平底面的中心区域111（即光入射区域）无空隙紧密贴合，该LED多芯片模组2发出的光直接进入所述平底面实心透镜体1形成路灯要求的蝙蝠翼矩形光场；以及，反射膜112，该反射膜112覆盖于所述平底面实心透镜体1的平底面的中心区域111周围的部分上，且位于所述LED多芯片模组2内的LED芯片24的前方，用于反射来自所述平底面实心透镜体1的部分折射光和部分反射光，以减少光能损失。

其中，平底面实心透镜体1包括基部11和凸出部分12等。

基部11的下底面为平底面，该平底面的中心区域111作为光入射区域，在该平底面的中心区域111周围的部分覆盖有反射膜112。反射膜112可是铝膜、银膜等金属反射膜，反射膜厚度为 0.001 - 0.02 mm。铝膜、银膜等可通过真空溅射工艺形成。实施例1中反射膜112的形状为长圆形，中间有与所述平底面实心透镜体1的平底面的中心区域111形状适配的开口，该中心区域111的形状和LED多芯片模组2表面的硅胶层26形状吻合。

凸出部分12位于所述基部11上，它包含中间部122和对称设置于该中间部122两头的两个部分球体部121、127，该两个部分球体部121、127的折射球面和该中间部122的折射弧面平滑连接。 

并，在所述凸出部分12的中间部122的上中部内对称设置有两个反射平面124、125，两者分别向相邻的部分球体部倾斜，夹角为50-135度，两个反射平面124、125以反射为主并有一定折射，主要用于将从所述基部11的平底面的中心区域111射入该平底面实心透镜体的部分光反射到相邻的部分球体部的折射球面射出。在所述两个反射平面124、125的根部分别设置有两个遮光平面1241、1251，两个遮光平面1241、1251为全反射平面，将射到两者上的光全反射到相邻的部分球体部的折射球面射出。两个遮光平面可以在相应的反射平面的根部通过磨砂工艺形成磨砂面，也可以在相应的反射平面的根部涂覆遮光层或贴遮光膜等。

所述凸出部分12的俯视图的外形呈长圆形。所述凸出部分12和所述基部11的衔接部环设有安装环面113，用于该平底面实心透镜体和光场光罩底口部的紧密结合。

其中，LED多芯片模组2如图3，LED多芯片模组2主要包括铜基板21、塑胶框22、LED芯片24、 荧光粉硅胶层25、硅胶层26以及电极层23 27。塑胶框22紧固于铜基板21上面，若干LED芯片24纵、横排列于塑胶框22内，并通过银胶或锡膏绑定于的铜基板21上，LED芯片24四周和顶部分布有荧光粉硅胶层25，为了实现模组与平底面实心透镜体1的平底面的中心区域111（即光入射区域）无空隙紧密贴合，并保护连接金线和荧光粉硅胶层，在荧光粉硅胶层25外层加设硅胶层26，其厚度在0.1-5毫米范围内（可视塑胶件22的深度而定）。电极层23、 27设置于塑胶框22内两边，方便连接电源。

实施例1的 LED配光光源的制作步骤如下：

选择上述平底面实心透镜体1，在该平底面实心透镜体1的平底面的中心区域111周围的部分上覆盖反射膜112；反射膜112如图2表示中心区域111周围的长圆形部分，反射膜112的形状呈长圆形，且中间有矩形开口；其中，该反射膜112是铝膜、银膜等等，所述铝膜、银膜等反射膜可通过真空溅射工艺溅射形成，厚度为 0.001 - 0.02 mm。

在该平底面实心透镜体1的背面（平底面）设置LED多芯片模组2，使该LED多芯片模组2表面的硅胶层26与该平底面实心透镜体1的平底面的中心区域111（即光入射区域）无空隙紧密贴合，该LED多芯片模组2发出的光直接进入所述平底面实心透镜体形成路灯要求的蝙蝠翼矩形光场。

组合状态，覆盖在平底面实心透镜体1的平底面的中心区域111周围的部分上的反射膜112,位于LED多芯片模组内2的LED芯片24的前方（或上方）,该反射膜112能够将来自所述实心透镜体的部分折射光和部分反射光再反射出，大大减少光能损失。经对比测试，带有反射膜的LED配光光源的光效提升20%以上。

本发明平底面实心透镜体1优选采用透光性能好的玻璃、聚碳酸酯（PC）及有机玻璃 (PMMA)等透明材料制成。

本发明实施例2与实施例1结构基本相同，包括平底面实心透镜体、 LED多芯片模组以及反射膜，该反射膜覆盖于该平底面实心透镜体的平底面的中心区域周围的部分上，该LED多芯片模组设置于该平底面实心透镜体背面。组合状态，该反射膜位于该LED多芯片模组内的LED芯片的前方（或上方），以反射来自该实心透镜体的部分折射光和部分反射光减少光能损失。

其中，LED多芯片模组可采用图3结构的LED模组，也可以采用售的各种路灯用LED模组，如深圳市蓝田伟光电子公司的WG-P100WLED模组、格天光电的GT-P100WW6410001006A型LED模组等，还可采用自制的LED多芯片模组。

平底面实心透镜体和实施例1主要结构基本相同。参照图5-9，平底面实心透镜体1包括基部11和连接在基部11上的凸出部分12等。该基部11的下底面为平底面，该平底面的中心区域111作为光入射区域，在该平底面的中心区域111周围的部分覆盖有反射膜112。该凸出部分12位于所述基部11上，凸出部分12包含中间部122和对称设置于该中间部122两头的两个部分球体部121、127，该两个部分球体部121、127的折射球面和该中间部122的折射弧面平滑连接。并，在所述凸出部分12的中间部122的上中部内对称设置有两个反射平面124、125，两者夹角为50-135度，分别向相邻的部分球体部倾斜，两个反射平面124、125以反射为主并有一定折射(图9)，主要用于将从所述基部11的平底面的中心区域111射入该平底面实心透镜体的部分光反射到相邻的部分球体部的折射球面射出。在所述两个反射平面124、125的根部（靠近所述两个反射平面的交线处）分别设置有两个遮光平面1241、1251，两个遮光平面1241、1251为全反射平面，将射到两者上的光全反射到相邻的部分球体部的折射球面射出(图9)。

在所述凸出部分12的中间部122的两侧还对称设置有两个侧反射平面128、129，用于控制矩形光场的深度。该两个侧反射平面128、129可以镀铝膜或银膜等金属反射膜，也可不镀膜。 

为改善所述凸出部分12的中间部122的照度，在所述中间部122的顶面对称设置两个辅助折射球面123、126，该辅助折射球面的曲率半径稍大于中间部122的弧面的曲率半径。两个辅助折射球面123、126可以用辅助折射平面代替。

Claims (2)

1.一种LED 配光光源，其特征在于包括：

一个平底面实心透镜体，它的平底面的中心区域作为光入射区域；

一LED多芯片模组，设置于所述透镜体背面，该模组表面的硅胶层与所述透镜体的平底面的中心区域无空隙紧密贴合，该模组发出的光直接进入所述透镜体形成路灯要求的蝙蝠翼矩形光场；及，反射膜，该反射膜覆盖于所述透镜体的平底面的中心区域周围的部分上，且位于所述模组内的LED芯片的前方，用于反射来自所述透镜体的部分折射光和部分反射光； 

其中，所述透镜体包含：一基部，该基部的下底面为平底面，该平底面的中心区域作为光入射区域；一凸出部分，该凸出部分位于所述基部上，包含中间部和对称设置于该中间部两头的两个部分球体部，该两个部分球体部的折射球面和该中间部的折射弧面平滑连接；夹角为50-135度的两个反射平面，该两个反射平面对称设置于所述凸出部分的中间部的上中部内，分别向相邻的部分球体部倾斜，用于将从所述基部的平底面的中心区域射入该透镜体的部分光反射到相邻的部分球体部的折射球面射出；两个遮光平面，该两个遮光平面分别位于所述两个反射平面的根部；用于控制矩形光场深度的两个侧反射平面，两者对称设置于所述凸出部分的中间部的两侧；以及，在所述中间部的顶面对称设置的两个辅助折射球面，该辅助折射球面的曲率半径稍大于所述中间部的折射弧面的曲率半径；

所述反射膜的厚度为0.001 - 0.02 mm。

2.如权利要求1所述的LED配光光源，其特征在于，所述反射膜是铝膜或银膜。

3. 如权利要求1或2所述的LED配光光源，其特征在于：所述反射膜的形状为长圆形，

中间设有与所述透镜体的平底面的中心区域形状适配的开口。

4. 如权利要求1所述的LED 配光光源，其特征在于：其中，所述凸出部分和所述基部的衔接部环设一安装环面，用于所述透镜体和光场光罩底口部的紧密结合。

5. 一种带有反射膜的实心透镜体，用于权利要求1-4任何一项所述的LED配光光源，其特征在于包括：一基部，该基部的下底面为平底面，该平底面的中心区域作为光入射区域，在该平底面的中心区域周围的部分上设置反射膜，用于反射来自该实心透镜体的部分折射光和部分反射光；一凸出部分，该凸出部分位于所述基部上，包含中间部和对称设置于该中间部两头的两个部分球体部，该两个部分球体部的折射球面和该中间部的折射弧面平滑连接；两个反射平面，该两个反射平面对称设置于所述凸出部分的中间部的上中部内，分别向相邻的部分球体部倾斜，用于将从所述基部的平底面的中心区域射入该实心透镜体的部分光反射到相邻的部分球体部的折射球面射出；两个遮光平面，该两个遮光平面分别位于所述两个反射平面的根部；用于控制矩形光场深度的两个侧反射平面，该两个侧反射平面对称设置于所述凸出部分的中间部的两侧；以及，环设于所述凸出部分和所述基部的衔接部的一安装环面，用于该实心透镜体和光场光罩底口部的紧密结合；

其中，所述两个反射平面之间的夹角为50-135度；所述反射膜的厚度为0.001 - 0.02 mm。

6. 如权利要求5所述带有反射膜的实心透镜体，其特征在于，在所述中间部的顶面对称设置有两个辅助折射球面，该辅助折射球面的曲率半径稍大于所述中间部的折射弧面的曲率半径。