[發(fā)明專利]一種多色LED混光的TIR準(zhǔn)直透鏡

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210459631.4
• 申請(qǐng)日: 2022-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN114935129A
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王占山;余俊;王一凡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): F21V5/04
• 分類號(hào): F21V5/04;F21Y115/10
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發(fā)明涉及一種多色LED混光的TIR準(zhǔn)直透鏡，包括：LED光源和TIR透鏡，其中，TIR透鏡非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱、為碗狀結(jié)構(gòu)，LED光源安裝在TIR透鏡底部的球形凹陷內(nèi)，LED光源的基板上設(shè)有多個(gè)LED芯片，LED光源出射的光線經(jīng)過TIR透鏡的光路包括全反射?折射光路和折射?折射光路，全反射?折射光路包括側(cè)面全反射面和對(duì)應(yīng)的頂部分段折射出光面，用于實(shí)現(xiàn)芯片大角度出射光線準(zhǔn)直，全反射面為自由曲面；折射?折射光路包括底部第一折射面和頂部第二折射面，用于實(shí)現(xiàn)芯片小角度出射光線的準(zhǔn)直，第二折射面采用非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱自由曲面實(shí)現(xiàn)混光。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用分光路設(shè)計(jì)和非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱自由曲面表面設(shè)計(jì)，能夠同時(shí)保證多色光芯片的混光效果和遠(yuǎn)程照射能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及LED光束準(zhǔn)直技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種多色LED混光的TIR準(zhǔn)直透鏡。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管(light emitting diode，LED)具有使用壽命長、污染小和響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，此外，相較于熒光燈傳統(tǒng)光源，LED具有明顯的節(jié)能效果，因而被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外照明、背光燈等眾多領(lǐng)域。然而單一LED芯片出光為單色光，顯色指數(shù)不高，為滿足人們對(duì)光品質(zhì)的更高追求，目前通常采用在同一基板上混裝不同色光LED芯片的方式，以提高整個(gè)光源的顯色指數(shù)。

此外，考慮到LED光源存在有出光角度大的問題，其出光分布呈朗伯光源狀，導(dǎo)致遠(yuǎn)程照射能力弱，所以LED光源需要與燈具配合使用。TIR(total internal reflection)透鏡作為一種常用的LED準(zhǔn)直器具，可對(duì)LED光源所發(fā)出的光線進(jìn)行準(zhǔn)直以提高其遠(yuǎn)程照射能力。若將常規(guī)的TIR透鏡直接應(yīng)用于多色光LED芯片，由于芯片的空間位置差異和不同色光的折射率偏差，會(huì)導(dǎo)致出射光線和所形成光斑存在顏色分層的問題，即混光效果差。這就使得常規(guī)TIR透鏡不能直接用于準(zhǔn)直混裝了不同色光芯片的LED光源。

作為改進(jìn)，將微結(jié)構(gòu)應(yīng)用到TIR透鏡的透射表面，可以在一定程度上改善混光效果，例如，中國專利CN201320673255.5利用散光復(fù)眼陣列將來自全內(nèi)反射透鏡的光線進(jìn)行混合，但這樣的微結(jié)構(gòu)使出射光線的準(zhǔn)直程度無法保證。散光涂層則是提升混光效果的另一種方法，例如中國專利CN202020472173.4將散光涂層覆蓋在LED芯片組外的光學(xué)透鏡前表面，在散光涂層的作用下將三種光色在光學(xué)透鏡內(nèi)部混合，然而涂層的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致光學(xué)效率的降低。另外，微結(jié)構(gòu)反射表面也可用以提升LED混光器件的混光效率，例如，中國專利CN201811641069.7在LED芯片組外設(shè)置呈凸臺(tái)狀的混光罩，并在該混光罩側(cè)壁的內(nèi)表面上設(shè)置微型反射構(gòu)件，然而，這樣的混光方式不能滿足出光的準(zhǔn)直需求，這不利于光源的遠(yuǎn)距離照射能力。

綜上所述，由于混裝了不同色光芯片的LED光源具有顏色分層且光線發(fā)散角度大的特性，現(xiàn)有LED燈具無法很好兼顧地這兩個(gè)難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種多色LED混光的TIR準(zhǔn)直透鏡，能夠同時(shí)克服傳統(tǒng)多色光LED混光效果差和遠(yuǎn)程照射能力弱的技術(shù)缺陷。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種多色LED混光的TIR準(zhǔn)直透鏡，包括LED光源和TIR透鏡，所述TIR透鏡非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，所述TIR透鏡為碗狀結(jié)構(gòu)，所述LED光源安裝在TIR透鏡底部的球形凹陷內(nèi)，所述LED光源的基板上設(shè)有多個(gè)LED芯片，所述LED光源出射的光線經(jīng)過TIR透鏡的光路包括全反射-折射光路和折射-折射光路，所述全反射-折射光路用于實(shí)現(xiàn)光源大角度出射光線準(zhǔn)直，所述折射-折射光路用于實(shí)現(xiàn)光源小角度出射光線的準(zhǔn)直。

進(jìn)一步地，所述全反射-折射光路包括TIR透鏡底部的球形凹陷表面、TIR透鏡的側(cè)表面和TIR透鏡頂部邊緣位置折射面，所述TIR透鏡的側(cè)表面用于實(shí)現(xiàn)光線全反射，所述TIR透鏡頂部邊緣位置折射面用于實(shí)現(xiàn)光線分段折射。

進(jìn)一步地，所述TIR透鏡的側(cè)表面為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱自由曲面，并根據(jù)光源分布情況添加Zernike系數(shù)，以滿足設(shè)定的準(zhǔn)直需求。