[發明專利]成矩形光斑的LED二次光學系統、LED光源化模組及LED燈具

有效

• 申請號: 201110083455.0
• 申請日: 2011-03-25
• 公開（公告）號: CN102691972A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 劉木清;陶鑫
• 申請（專利權）人: 劉木清
• 主分類號: F21V7/04
• 分類號: F21V7/04;F21V5/04;F21V19/00;F21V29/00;F21V31/00;F21S2/00;F21Y101/02
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所 31210
• 代理人: 徐申民;丁利華

技術領域

本發明涉及一種成矩形光斑的發光二極管(LED)二次光學系統、LED光源化模組及LED燈具。

背景技術

隨著LED制造技術的不斷進步，其光效不斷攀升，截止目前大功率白光LED的光效已達到100lm/w以上。這一光效使得LED進入普通照明成為可能，特別是在道路照明等屬于定向照明的領域已經逐步獲得應用。但是，由于目前LED的價格比傳統光源高得多，而光效也只與熒光燈、金鹵燈等接近，比高壓鈉燈略低。因此，LED用于普通照明的推廣必須以提高LED照明系統的整體光效為前提，而這依靠提高LED器件的光效及燈具效率或者有效光利用率。

在道路照明、隧道照明等大功率LED燈具應用中，由于燈具需要防塵、防水等功能，因此，常采用“整體式”燈具的方式，即全部LED器件放置在一個密封的空間中。具體做法是：LED焊接在鋁基板上，鋁基板通過導熱膠粘貼在帶有散熱鰭片的鋁制燈殼上，LED的前端有配光透鏡或反射鏡。在透鏡的前邊有防水透明外罩。這樣做法有如下缺點：

1.所有LED放置在鋁制燈殼與透明防水外罩形成的密封腔內，密封性靠防水膠實現，這樣，任何一個LED失效后，維修將及其困難，特別是現場無法維修。

2.用于配光的透鏡或反射鏡本身至少10％以上的光學損耗，防水透明外罩也有10％以上的光學損耗。因此，燈具的光學效率只能低于80％。

3.采用內表面為自由曲面、外表面是平面進行配光，可以形成外表面為統一平面的配光透鏡陣列，該透鏡陣列可以實現配光的同時實現模組的防水防塵功能。但該方法只能對LED發出的與其光軸成一定角度(常為70度)以內的光線調整方向，

對大于該角度的光線無法進行調整方向。因此，不能獲得高的光學效率。

本發明正是針對這些問題，采用外表面為平面內表面為自由曲面的透鏡、輔以自由曲面的內表面反射器，形成光源化模組，用這些模組組裝燈具。由于透鏡陣列通過密封圈與近似水槽型的壓鑄成型鋁件安裝，即實現了配光，又使模組本身防水防塵，同時，平滑的外表面使燈具沖洗容易。而反射器與透鏡結合形成的光學系統也保證了系統具有很高的光學效率。因此，通過這樣形成的多個模組，可以組成各種維修非常方便、高效率的、模塊化的大功率LED燈具。

發明內容

本發明的目的：

目前市場上的大功率LED多采用整體式的，LED燈具維修困難，因此，采用光源化模塊，以與高壓鈉燈燈具類似的方法組裝成大功率LED燈具成為發展趨勢。為了實現模塊的現場更換，模塊本身必須實現防水防塵、配光及散熱功能。但是，模塊中必須具有光學透鏡或反射鏡實現配光、防水透光外罩實現IP等級，這兩者將分別使光效損失10％以上，即燈具的整體光效將低于80％。因此，比較可行的辦法是：將光學透鏡或反射鏡做成陣列，兼具光學配光與防水罩的功能。但目前使用的光學配光是外表面為自由曲面的透鏡，形狀類似花生殼，當把它做成透鏡陣列時，外表面整體上是不平整的，這樣容易沾灰，且不容易清洗。而采用內表面為自由曲面、外表面是平面進行配光，可以形成外表面為統一平面的配光透鏡陣列，該透鏡陣列可以實現配光的同時實現模組的防水防塵功能(見專利201010607990.7，201010610503.2，201020685696.3，201020683105.9)。但該方法只能對LED發出的與其光軸成一定角度(常為70度)以內的光線調整方向，對大于該角度的光線無法進行調整方向。因此，不能獲得高的光學效率。本發明的目的是且通過內表面反射器提高光學效率，及外表面為平面的透鏡陣列實現配光及防護功能，用于制作高效率的光源化模塊。在該模塊可用于制作各種大功率LED燈具，如路燈、隧道燈、投射燈、廠礦燈等。

本發明是一種成矩形光斑的發光二極管(LED)二次光學系統、LED光源化模組及LED燈具。

本發明的光學系統由LED發光體(1)、反光器(2)、透鏡(3)組成，如圖1。反光器(2)為碗狀內表面，其碗底有開孔(21)，LED發光體(1)裝于碗底開孔(21)，使光線朝碗口(22)方向射出。透鏡(3)裝在反光器(2)的前面。LED發光體(1)為大功率LED器件，反光器(2)的碗狀內表面(23)，是自由曲面。透鏡(3)包括入光面(31)及出光面(32)。入光面是為鞍形的自由曲面，在一個側面中間下凹兩邊上翹，在另一個側面中間上凸兩邊下收，出光面(32)為平面。反射器(2)見圖2-3，透鏡見圖4-5。