具有输出透镜的LED模块制造技术

技术编号:18178553 阅读:18 留言:0更新日期:2018-06-09 20:19
一种照明模块,包括LED和LED之上的透镜。透镜具有光束整形表面和具有台阶式轮廓的通过表面。台阶式轮廓的每个台阶都包括立起部分和输出部分,其中立起部分平行于在该位置处通过表面的光线方向,并且输出部分正交于在该位置处通过表面的光线方向。通过表面例如不执行光束整形功能。台阶式轮廓使透镜的厚度能够减少,以减少所需材料的量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有输出透镜的LED模块
本专利技术涉及一种具有用于对光输出进行整形的输出透镜的LED模块。
技术介绍
本专利技术涉及例如设计成提供平面的均匀光照的LED模块。然而,本专利技术通常可以应用于光束整形光学器件。实现平面光照的一种已知的方法是使用所谓的蝙蝠翼强度分布(也称为宽束强度分布)。术语“蝙蝠翼”指的是极坐标图中强度分布的高度尖峰形状。图1示出了作为极坐标图的蝙蝠翼强度分布的实例。该实例中的两个翼10、12在法线的每侧60度处具有峰强度,并且目标是在整个120度范围上提供均匀的表面光照。在掠射角处强度较高,因为每单位角度被照射的表面积急剧地增加。环14是垂直方向中的光强度。对于旋转对称光分布,这也将是蝙蝠翼分布。对于线性光源,它例如是圆形(即朗伯)分布。为了创建来自LED的期望的蝙蝠翼轮廓,需要光学部件来补偿应用于朗伯点光源的公知的余弦四次定律(通过其照度遵循函数下降)。因此光学设计需要将来自LED输出强度的朗伯强度分布变成蝙蝠翼分布。蝙蝠翼光分布允许平面例如甚至高达140°光束角的均匀光照。这样的光分布以及因此透镜设计被用于例如街道照明和洗墙灯应用。在这些实例中,蝙蝠翼分布瞄准远场中的平面:照射的表面位于远大于光模块尺度的距离处。相似的蝙蝠翼分布也可以应用于照射灯具壳体的内部,例如灯具的出射窗口。这则将创建空间均匀的发光板。这给出了灯具本身、而不是被照射的表面期望的均匀外观。用于增加发光板的空间均匀性的已知的可替换的方法是通过广泛的散射:在外壳的内侧使用反射磨砂白色表面或在光导上设计良好的白色涂料点图案。基于散射的解决方案通常是以效率和/或形状因子为代价来允许高的空间均匀性。此外,出射窗口处的光分布在表面的每个位置处将限于朗伯分布,而具有蝙蝠翼设计的光学元件反而可以从已知的方向(即光源位置)向每个位置分配恒定的通量。这允许了出射窗口处进一步的光束整形。有两种透镜的已知设计能够将朗伯强度分布变成蝙蝠翼强度分布。第一个实例是如图2中所示的所谓的花生形设计,并且第二个实例是如图3中所示的所谓的泡形光学器件。形状的不同由光线偏转表面的选择来确定。对于花生形光学器件,将朗伯分布变成蝙蝠翼分布的表面是外部的透镜表面,而对于泡形光学器件,将朗伯分布变成蝙蝠翼分布的表面是内表面。这种透镜的大规模制造技术例如基于印刷或注塑,其中单个光学器件的成本价格基本上由塑料的量和其周期时间确定。并且,周期时间与塑料的量成比例。因此,为了提供有成本效益的解决方案,期望使用最少量材料的设计。因此,需要一种能够使所需材料的量降低的用于LED设计的透镜设计。
技术实现思路
本专利技术由权利要求限定。根据实例,提供了一种照明模块,包括:具有光输出区域的LED;以及LED之上的折射透镜,用于提供LED的光输出的光束整形,其中所述透镜包括内表面和外表面,其中内表面和外表面中的一个是光滑的光束整形表面,光束整形表面基本上仅经由折射提供光束整形功能,并且内表面和外表面中的另一个具有台阶式轮廓。其中台阶式轮廓的每个台阶都包括立起(riser)部分和输出部分,其中所述立起部分平行于源于LED的光输出区域的中心点的光线方向,并且所述输出部分正交于所述光线方向。在该设计中,一个表面用作通过表面,不执行或基本不执行光束整形功能。在这方面的表述“基本上”意味着经由折射的光束整形功能对于照明模块的期望功能而言是不重要的,这意味着经由在输出部分折射的光线方向的改变例如最多1.5°,即例如最大2.5°的入射角β(其中正交于输出部分的表面处于0°的入射角)。请注意,真正的通过模式实际上将仅当假定LED是点光源时适用(因此定义上述点输出),并且实际LED的有限尺寸意味着将有一些在通过表面处折射的光线。然而,该表面的光学功能基本上被最小化,以便不向源自LED源的近似的点光源的光线提供光束整形。此外,LED是单个LED或几个LED(例如四个LED,但最多九个LED)的紧凑布置的集群,具有面向输出部分的零点几到几mm2的总体光输出区域,例如0.5mm2到10mm2。在这方面光滑意味着没有粗糙、隆起、脊状或(大于亚微米级的)不规则并且不会分成齿状。台阶式表面的使用意味着可以减小透镜(即内表面和外表面之间)的厚度。当忽略由于台阶导致的厚度的变化,可以使厚度基本上整体恒定。LED例如生成具有将被透镜元件转换的朗伯强度分布的输出。这意味着可以使用标准LED封装,而不需任何其他光束整形光学器件。则该模块的输出强度例如具有蝙蝠翼分布。对于在平面上生成均匀的光照,这是特别令人感兴趣的。在照明模块中,对于与光轴成至少5°到40°的第一角度范围内发射的光线,光线可能被折射远离所述光轴,而与光轴成至少75°到85°的第二角度范围内发射的光线被朝向光轴折射。为了进一步调整蝙蝠翼轮廓,对于在至少0.1°到50°的第一角度范围内的光线,可以存在远离光轴的折射,并且分别地,对于至少65°到89.9°的第二角度范围内,可以存在朝向光轴的折射。光束整形表面例如被成形,使得沿光轴发射的光线被例如以至少5度远离光轴折射,并且与光轴接近90°的光线被例如以至少5度朝向光轴折射。通过该光学功能,可以生成蝙蝠翼轮廓。为了详细地微调蝙蝠翼轮廓,例如可能的是,对于在与光轴成0度到45度的第一角度范围内由LED发射的光线,折射角远离光轴并且从约0度的光线的5°折射逐渐增加到与光轴成约25到35度的光线的最大约10°或18°或甚至25°的折射,直到然后减小到与光轴成约60度的光线的约0°的折射;并且进一步对于在与光轴成约60度到90度的第二角度范围内由LED发射的光线,折射角朝向光轴并且从约60度的光线的0°折射逐渐增加到与光轴成90度的光线的最大约20°、30°或甚至35°的折射。在一组实例中,内表面是光束整形表面,外表面是通过表面。通过利用台阶轮廓就使外表面向内朝向内表面。这意味着可以通过常规方法设计内表面,因为外表面因此不执行附加的光学功能。则透镜可以包括泡形透镜,即其中内表面和外表面的整个区域上的内表面和外表面之间的最大厚度小于透镜的最小截面直径的0.1倍。通常泡形透镜使材料的量能够相对高的减少。在另一组实例中,外表面是光束整形表面,内表面是通过表面。通过利用台阶轮廓就使内表面向外朝向外表面。这意味着可以通过常规方法设计外表面,因为那时内表面不执行另外的光学功能。则透镜可以包括花生形透镜。内表面和外表面之间的最小厚度可以小于1mm。这使所需的材料的量能够显著地减少。最小厚度可以小于0.8mm并且或者甚至小于0.6mm。所选择的最小厚度将例如取决于所使用的材料的机械性能、和所需的强度和刚度、以及制造的简易性。因此,在最小厚度(其给出所需材料的减少)和可制造性之间将存在权衡。内表面和外表面的整个区域上的内表面和外表面之间的最大厚度可以小于最小厚度的三倍。这意味着提供相对恒定的厚度,该厚度对于透镜的刚度是足够的但是允许所需材料的减少。内表面和外表面的整个区域上的内表面和外表面之间的最大厚度可以小于最小厚度的两倍。当忽略关于台阶轮廓的厚度变化(即如果对台阶进行平均)时,它可以是基本上恒定的厚度。因为厚度变化减少了,所以所需材料的体积减少了。LED和内表面之间的距离可以在LED的光输出表面的横向伸展的1倍到20倍的范围内。在透镜本文档来自技高网
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具有输出透镜的LED模块

【技术保护点】
一种照明模块,包括:具有光输出区域的LED(44);以及LED之上的折射透镜,用于提供LED的光输出的光束整形,其中所述透镜包括内表面(40)和外表面(42),其中内表面和外表面中的一个是光滑的光束整形表面,光束整形表面基本上仅经由折射提供光束整形功能,并且内表面和外表面中的另一个具有台阶式轮廓,其中台阶式轮廓的每个台阶都包括立起部分(81)和输出部分(82),其中所述立起部分平行于源于LED的光输出区域的中心点的光线方向,并且所述输出部分正交于所述光线方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.29 EP 15187257.91.一种照明模块,包括:具有光输出区域的LED(44);以及LED之上的折射透镜,用于提供LED的光输出的光束整形,其中所述透镜包括内表面(40)和外表面(42),其中内表面和外表面中的一个是光滑的光束整形表面,光束整形表面基本上仅经由折射提供光束整形功能,并且内表面和外表面中的另一个具有台阶式轮廓,其中台阶式轮廓的每个台阶都包括立起部分(81)和输出部分(82),其中所述立起部分平行于源于LED的光输出区域的中心点的光线方向,并且所述输出部分正交于所述光线方向。2.如权利要求1所述的模块,其中所述LED生成具有朗伯强度分布的输出。3.如权利要求1或2所述的模块,其中所述模块的输出强度具有蝙蝠翼分布。4.如权利要求3所述的模块,其中所述光束整形表面成形为使得沿光轴发射的光线被折射远离光轴,并且与光轴接近90°的光线被折射朝向光轴。5.如前述权利要求中的任一项所述的模块,其中所述内表面是光束整形表面。6.如权利要求5所述的模块,其中所述透镜包括泡形透镜,其中内表面和外...

【专利技术属性】
技术研发人员:HHP戈姆曼斯
申请(专利权)人:飞利浦照明控股有限公司
类型:发明
国别省市:荷兰,NL

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