一种用于LED灯的新型高效导光柱制造技术

一种用于LED灯的新型高效导光柱：包括圆柱形导光装置和圆台形反光装置，圆台形反光装置安装在圆柱形导光装置下方，圆台形反光装置底部存在半球型凹陷，光源嵌入半球型凹陷中。相对于现有技术，本实用新型专利技术针对大发散角LED光源，在现有导光柱前端增加一个圆台反光装置，通过大角度光线在圆台侧面的全反射，调整光线到圆柱形导光装置的入射角，使得光线在整个导光柱中全部发生全反射沿导光柱传输，从而提高导光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于LED灯的新型高效导光柱
本技术涉及一种用于LED灯的新型高效导光柱。
技术介绍
目前，在各种通信机箱设备中，机箱内有各种用于显示或通信的LED灯，这些光源离接收端有一定的距离，这段距离会造成LED的光线损失，使得显示时亮度不够、模糊不清，而数据传输时的功率会过低。因而需要设计一个导光装置来高效率地传输光线。最常见的LED在导光柱中的光线传输如图1所示，底部中心是LED光源，它发出的光线入射到导光柱侧面，小发散角光线如光线a所示，将在侧壁发生全反射而被限制在导光柱中，最终从出射端射出；大发散角光线如光线b所示将在侧壁发生反射和折射，折射光线直接射出导光柱，造成传输光线的损耗，降低导光效率。传统红外通信是在LED灯入射端和出射端之间添加一圆柱形导光柱，如图1所示。光线在柱子中发生全反射(小发散角度，图1中光线a)、反射和折射(大发散角，图1中光线b)，从而使大部分光线沿导光柱传输，提高接收端的光功率，改善通信效率。如申请号201611108189.1名为一种通信机箱插板卡用导光柱和申请号201510720155.7名为一种LED大功率光源日光灯管及其日光灯中的设计的普通圆柱形导光柱。这里所涉及的导光柱有一个缺点：当发射端使用的LED的发散角度较大时，大角度的光线折射损失增大，将极大地降低接收端的接收效率。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术提供一种用于LED灯的新型高效导光柱。本技术的目的是提供一种用于LED灯的新型高效导光柱。本技术的技术方案具体为：一种用于LED灯的新型高效导光柱：包括圆柱形导光装置和圆台形反光装置，圆台形反光装置安装在圆柱形导光装置下方，圆台形反光装置底部存在半球型凹陷，光源嵌入半球型凹陷中。进一步的：所述圆台形反光装置侧面倾角β、圆台形反光装置高度h1、圆台形反光装置底面半径R由下述公式确定：β＝π-α-θ、其中α为导光装置全反射临界角、θ为光源的发散角、W为导光装置直径。进一步的：导光装置的材料为有机透明材料。进一步的：导光装置的材料具体为PMMA或PC。进一步的：所述光源为LED灯。相对于现有技术，本技术的技术效果为，针对大发散角LED光源，在现有导光柱前端增加一个圆台反光装置，通过大角度光线在圆台侧面的全反射，调整光线到圆柱形导光装置的入射角，使得光线在整个导光柱中全部发生全反射沿导光柱传输，从而提高导光效率。附图说明图1是现有技术的光线传输示意图。图2为本技术的光线传输示意图。图3为本技术的立体示意图。具体实施方式本技术导光柱示意图如图2所示，虚线以下是设计的圆台形反光装置，圆台形反光装置中心是嵌入在导光装置中的LED光源，虚线以上是圆柱形导光装置。其中圆台形反光装置由图2中的反射面1和曲线2绕中心轴旋转而成，在立体图3中表示为圆台侧面5及圆台底部平面加凹陷曲面7。凹陷曲面7，其形状为半球形，其横截面是以LED中心为圆点的半圆；圆台侧面5，其横截面为梯形；导光柱6是圆柱体，横截面为长方形。根据LED的发散角θ以及导光柱材料的折射率n来设计圆台形反光装置的结构参数，具体计算方法如下：(1)假设采用的导光柱材料的折射率为n，根据全反射定律，光线的入射角大于arcsin(1/n)时会发生全反射，即全反射临界角为α＝arcsin(1/n)。(2)光源的发散角定义为光源最大光强的一半所对应的发光角度。假定采用LED光源的发散角为θ，中心半圆的半径为r。(3)圆台形反光装置凹陷曲面7(半球)的球心是LED的中心，所以LED出射的光线可以认为是直接垂直入射到圆台形反光装置中，方向不会发生偏转。根据LED发散角θ和全反射角α来计算和设计反光装置的侧面倾角β。(4)LED发出的角度为θ的大发散角光线a入射到斜边1，当入射角度为α时光线会发生全反射，此时斜边与水平方向的夹角为β＝π-α-θ。LED发出的小角度光线b出射角为γ，以入射角α射入到垂直方向面3时，此时光线发生全反射，满足α＝π/2-γ。假定普通圆柱形导光柱的底面直径为W、高为h，所设计的新型导光柱直径也为W、整体高度也为h、圆台的高度为h1，则圆台底面半径为此时，LED发出的所有小于γ角度的光线均能在导光柱之内发生全反射沿导光柱进行传输，而大于γ小于θ的光线将通过圆台反射装置全反射后射入圆柱形导光柱，并在导光柱中全反射导出。下面结合附图和实例，对本技术的具体实施方式作进一步描述。以下实例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。(1)首先选取导光柱的材料，选用有机透明材料作为导光柱材料，一般为PMMA或PC，根据该材料的折射率计算出对应的全反射角度。光线入射角大于全反射角时光线没有折射会全部发生反射，进而降低光线的损耗。(2)选取LED光源，并根据LED的尺寸及发散角(最大强度的50％所对应的角度)计算出全反面的参数，即圆台的高度、底面半径、底面凹陷曲面半径及侧面与底面倾角。假定一般导光柱的底面直径和高度分别为W＝4mm、h＝36mm，其材料为有机玻璃(PC)，折射率约为1.59，空气的折射率为1.00，光线从此种材料射入空气的全反射角为39°，入射角大于39°的光线都会在导光柱之内发生全反射。LED的大小一般为半径1.4mm，发散角一般约为70°左右。按照LED的直径可得所设计图3凹陷曲面7或图2曲线2的半径为1.4mm；按照LED发散角70°来设计圆台反射装置，根据上述公式β＝π-α-θ，圆台侧面与底面的夹角β应设计为71°；圆台高度底面半径尺寸为上方圆柱形导光柱的高度为h-h1＝34.4mm。以上所述的仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本技术整体构思前提下，还可以做出若干改变和改进，这些也应该视为本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于LED灯的新型高效导光柱，其特征在于：包括圆柱形导光装置和圆台形反光装置，圆台形反光装置安装在圆柱形导光装置下方，圆台形反光装置底部存在半球型凹陷，光源嵌入半球型凹陷中；所述圆台形反光装置侧面倾角β、圆台形反光装置高度h1、圆台形反光装置底面半径R由下述公式确定：

【技术特征摘要】
1.一种用于LED灯的新型高效导光柱，其特征在于：包括圆柱形导光装置和圆台形反光装置，圆台形反光装置安装在圆柱形导光装置下方，圆台形反光装置底部存在半球型凹陷，光源嵌入半球型凹陷中；所述圆台形反光装置侧面倾角β、圆台形反光装置高度h1、圆台形反光装置底面半径R由下述公式确定：其中α为导光装置全反射临界角、θ为光源的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘康平，
申请(专利权)人：刘康平，
类型：新型
国别省市：河南,41