[实用新型]一种基于全内反射的LED自由曲面透镜

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种LED自由曲面透镜。

背景技术

LED已经成为当今最普遍的光源，因为LED具有体积小、响应快、节能环保等优点，被广泛应用在道路照明、汽车大灯和背光显示等，而这些应用都要求LED具有较高的颜色均匀性，但现有的YAG(钇铝石榴石晶体)荧光粉涂覆LED，会存在边缘偏黄、中间偏蓝的现象。

现有的改善LED颜色均匀性的方法主要有以下两种，第一种方法是在改变荧光粉的涂覆模式，采用远离涂覆或者保形涂覆，这种方法的原理是使LED发出的蓝光在荧光粉内经过相同的传播路程，从而使得各个角度激发的黄光一致，从而实现各个空间分布角度的颜色均匀性，但这种方法对封装工艺的要求性较高，从而导致成本较高。常用的第二种方法是在LED芯片上面加入微透镜阵列，这种光学结构对大角度光学线没有有效控制，并且光线经过这种光学结构，因为菲涅尔反射损失和光学表面的全内反射，从而会导致这种光学结构的光效会降低。

现有的TIR透镜(Total Internal Reflection，全内反射透镜) 主要用于准直，因此限制了LED的发散角，并且现有的TIR透镜并不能改善荧光粉涂覆LED的颜色均匀性。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种提高颜色均匀性、高光效的基于全内反射的LED自由曲面透镜。

本实用新型所采用的技术方案是：一种基于全内反射的LED自由曲面透镜，所述透镜由底部的入射面、两侧的全反射面和顶部的自由出射曲面构成，所述入射面由一个折射圆柱面和一个折射圆弧曲面构成，所述折射圆柱面和折射圆弧曲面构成内凹的入射腔体用于放置LED 光源，所述自由出射曲面包括第一自由折射曲面和第二自由折射曲面，所述全反射面的上边沿与第一自由折射曲面的上边沿连接形成透镜外凸边沿，所述第一自由折射曲面的下边沿与第二自由折射曲面的边沿连接形成沟槽，所述全反射面与自由出射曲面构成透镜的外轮廓。

进一步地，所述自由曲面透镜还包括下平面，所述下平面的边沿与全反射面的下边沿连接。

进一步地，所述全反射面是平面。

进一步地，所述全反射面与下平面的夹角为45度，所述全反射面与第一自由折射曲面的夹角为5度至20度。

进一步地，所述折射圆弧曲面的圆弧半径是2.8mm，所述折射圆弧曲面的圆弧角度是36度。

进一步地，提供一XYZ坐标轴，并以LED光源中心作为XYZ坐标轴原点，所述第一自由折射曲面的曲面方程式为：

Y＝P₁X⁵+P₂X⁴+P₃X³+P₄X²+P₅X+P₆，

其中，4.84mm≤X≤7.89mm，2.41mm≤Y≤3.93mm，Z＝0；

所述第二自由折射曲面的曲面方程式为：

Y＝K₁X⁹+K₂X⁸+K₃X⁷+K₄X⁶+K₅X⁵+K₆X⁴+K₇X³+K₈X²+K₉X+K₁₀，

其中，0mm≤X≤4.84mm，2.41mm≤Y≤3.5mm，Z＝0；

所述P₁值、P₂值、P₃值、P₄值、P₅值、及P₆值均为常数，所述 K₁值、K₂值、K₃值、K₄值、K₅值、K₆值、K₇值、K₈值、K₉值及K₁₀值均为常数。

优选的，所述自由曲面透镜是折射率为1.3至4.2之间的透明材料。

进一步地，所述自由曲面透镜的出光发散角是60度。

本实用新型的有益效果是：