[发明专利]一种应用于LED超薄灯具的光学模块

说明书

技术领域

本发明涉及照明技术领域，且更具体来说，涉及一种应用于LED超薄灯具的光学模块。 

背景技术

随着LED技术越来越多的普及应用，LED灯具特别是超薄LED灯具正被日益增加的用户开始使用。目前市场上的平板灯具主要分两类，导光板式侧发光形式：这类平板灯具最大的优势是光学腔厚度薄，可以实现超薄的灯具设计；但是由于光线在导光板内多次的反射传输，整灯光学效率不高。 

直下式发光灯具：如果要实现灯具发光表面亮度的均匀性，LED排布的间隔(L)与LED到出光面的距离(H)之比必须满足一定的条件，比如L/H＞1.5；具体的比例由作为出光表面的扩散板的扩散度和灯具表面需要达到的亮度均匀性来确定。当灯具总光通量和每颗LED的光通量确定时，LED的间隔也就有了最低的要求，从而限制了灯具高度尺寸的减少。 

为了减小灯具厚度，市场上的一些产品采用更小功率的LED密布排列；虽然可以实现轻薄的灯具外形，但是给电路的布置和LED成本方面带来了很多负面的影响。此外，有一些设计采用了中功率、大功率LED加透镜的组合，有效的减小了LED颗数，使灯具做到了轻薄，但透镜面形并不一定就是能够达到被照表面照度均匀分布的最佳形式。现有设计中，也有提出控制光线的功能主要由出光表面来承担，但对光线的偏折能力有限，且对于距高比要求较大的应用(如L/H＞2.5)，依然无法实现灯具出光表面亮度的均匀分布。 

因此，如何提供一种结构简单、实现灯具出光表面亮度的均匀分布的LED灯具，则成为照明技术发展的亟待解决的一个较为突出的问题。针对现有技术中存在的问题，本方案提出一种应用于LED超薄灯具的光学模块是照明技术领域目前急待解决的问题之一。 

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、实现灯具出光表面亮度的均匀分布的 LED灯具。本发明采用LED光源、透镜构成。其中透镜包括底面、入光面和出光面，透镜材料可以使PMMA、PC或玻璃。底面可以是平面或弧面，入光面可以是平面、圆弧面或自由曲面，出光面可为平面、圆弧面或自由曲面。本发明公布的透镜元件将LED发出的朗伯型配光或其它配光形式进行光学控制，获得了大角度二次配光，在扩散板的入光面形成均匀的光能分布，使得原本可以达到灯具出光表面亮度均匀所需的最小高度值大幅度降低，同时，LED排布颗数减少，降低了灯具光源、结构成本。本发明的特点在于透镜的入光面和出光面共同分担对光线控制的功能，并提出了入射光线和出射光线的具体关系描述，可以方便实施透镜设计。 

一种应用于LED超薄灯具的光学模块，包括：具有凹部(20)的透镜(10)；以及配置在凹部(20)内的LED光源(30)，LED光源(30)发出的光线，通过控制透镜入光面(102)、出光面(103)或入光面(102)和出光面(103)的曲面斜率来调控透镜出射光线的照射区域，达到被照射面的照度均匀。 

根据本发明实施例，所述入光面(102)上任意一点的曲面斜率γ₁可以由如下公式计算： 其中透镜(10)的折射率为n，LED的出射角为θ₁；由LED光源(30)出射的光线经过透镜入光面(101)折射以后的光线与光轴的夹角为θ₂。 

根据本发明实施例，所述出光面103上任意一点的曲面斜率γ₂可以由公式计算： 其中，透镜(10)的折射率为n，LED的出射角为θ₁；由LED光源(30)出射的光线经过透镜入光面(102)折射以后的光线与光轴的夹角θ₂；θ₃为LED的出射角θ₁与通过透镜入光面102和出光面103折射以后的出射角。 

根据本发明实施例，所述θ₁和θ₂以及θ₃间的关系可通过如下公式及系数k进行确定： 

对于LED的出射角θ₁与通过透镜入光面(102)和出光面(103)折射以后的出射角θ₃则须满足以下公式： 

θ₃＝tan^-1(sinθ₁·tanθ₀) 

由LED光源(30)出射的光线经过透镜入光面(102)折射以后的光线与光轴的夹角θ₂须满足以下公式：