專利名稱：大功率照明發(fā)光二極管燈的光學(xué)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管的照明燈，特別涉及一種大功率照明發(fā)光二 極管等的光學(xué)結(jié)構(gòu)。 技術(shù)背*我國照明用電總量已經(jīng)超過1500億千瓦時(shí)，約占總發(fā)電量的12%，而 城市公共照明在我國照明耗電中占30%的比例，約439億千瓦時(shí)。隨著經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展，隨著城市公共照明的電力消耗的繼續(xù)增長，能源緊張的局面將進(jìn)一 步加劇。隨著20世紀(jì)90年代固體物理學(xué)的高速發(fā)展和新型m— V族寬禁帶半導(dǎo)體材料的突破性發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)了具有高亮度的大功率發(fā)光二極管(LED) 。 LED 光源是一種利用電致發(fā)光的固體冷光源，具有發(fā)光效率高、體積小、重量輕、 耗電量少、使用壽命長、顯色性好、調(diào)光性能好、耐展、耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)，是 取代白熾燈、鎢絲燈和熒光燈的第四代照明光源。髙亮度LED的節(jié)能型路燈作為一種新型的城市道路照明已成為一種趨 勢，但在實(shí)際的應(yīng)用中仍然面臨著諸多難題，主要包括散熱和光學(xué)結(jié)構(gòu)。要 使道路照明系統(tǒng)達(dá)到國家道路照明標(biāo)準(zhǔn)的要求，其中最關(guān)鍵的是道路照明系 統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。光學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)首先要使道路照明系統(tǒng)能在大面積上實(shí) 現(xiàn)光照均勻性的同時(shí)，滿足國家照明標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)照度的要求，才能實(shí)現(xiàn)LED 光源在城市公共照明中的廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有的LED路燈基本上是通過對(duì)單模塊LED進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計(jì)，依靠 封裝的LED透鏡或者外部的光杯來增大單LED模塊的出光效果，從而提高 整個(gè)LED路燈的照明效果。但是這種僅僅依靠單LED模塊的光學(xué)設(shè)計(jì)是無 法完全滿足道路照明的要求的。當(dāng)LED芯片的發(fā)光效率超過1301m/W時(shí)，單模塊LED的出光效果將不 是非常重要的光學(xué)設(shè)計(jì)因素，但霈要注意的是如何通過對(duì)單LED模塊進(jìn)行 空間的排布組合來優(yōu)化照明效果。通過三維光學(xué)設(shè)計(jì)，將單LED模塊的分 布平面設(shè)計(jì)為三維的空間平面組合，可以有效的利用LED的發(fā)光特點(diǎn)，顯 著提高LED道路照明系統(tǒng)的照明均勻性和照度，擴(kuò)大LED道路照明系統(tǒng)的 照明范圍。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種大功率照明發(fā)光 二極管LED的光學(xué)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明主要包括基材、凸臺(tái)、LED模塊芯片，其特征在于所述基材的 上表面為基面，該基面上分布有至少二個(gè)凸臺(tái)，LED模塊芯片底部的散熱 熱沉安裝在凸臺(tái)的上表面，凸臺(tái)上表面形成一具有空間角度的平面，該平面 與基面的X軸Y軸的平面形成夾角P ，凸臺(tái)Z軸與基面的X軸Y軸的平面 形成夾角4> ，凸臺(tái)X軸與基面的X軸形成的夾角a 。所述基面為平面或凸面或凹面，凸面或凹面由二個(gè)以上平面或曲面組合 而成，或者是一個(gè)連續(xù)的曲面；基材的整體外形為多邊形或圓形或橢圓形或 曲邊形，基面每個(gè)凸臺(tái)的外形為圓柱或棱柱或圓臺(tái)或棱臺(tái)。本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于道路照明、室內(nèi)照明、汽車照明、泛光照明 和彔觀照明中的發(fā)光二極管燈具。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是將發(fā)光二極管模塊按光學(xué)照明效果，通過三維光學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)三維空間優(yōu)化排列組合，有效地發(fā)揮LED的發(fā)光特點(diǎn)，顯著提髙 LED照明系統(tǒng)的照明均勻性和照度，擴(kuò)大LED照明系統(tǒng)的照明范圍。特別 是在道路照明中應(yīng)用于LED路燈，在路燈固定高度為8-15m的范圍內(nèi)，本 發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)可以提供更髙的路面照度、更高的照度均勻性、更寬的照明 范圍和角度。


圖l本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明實(shí)施例1的橫向任意位置的光學(xué)結(jié)構(gòu)截面示意圖；圖3a本發(fā)明實(shí)施例2中的橫向截面的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖圖3b本發(fā)明實(shí)施例2中的縱向截面光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4a本發(fā)明實(shí)施例3中的橫向截面光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4b本發(fā)明實(shí)施例3中的光學(xué)結(jié)構(gòu)的立體圖；圖4c本發(fā)明實(shí)施3中的光學(xué)結(jié)構(gòu)的立體圖；圖5a本發(fā)明實(shí)施例4中的橫向截面光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5b為本發(fā)明的實(shí)施例4中的光學(xué)結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖5c為本發(fā)明的實(shí)施例4中的光學(xué)結(jié)構(gòu)的立體視圖。l基面、2凸臺(tái)、3芯片平面、4定位平面具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1參見圖1， AFBCHT)面為光學(xué)結(jié)構(gòu)的基面1?；?可以是一個(gè)平面或 多面組成的，各面之間的空間夾角為0，每個(gè)平面的形狀也可以是任意的。 EFGH面為光學(xué)結(jié)構(gòu)凸臺(tái)2的定位平面4。在定位平面4上定義空間坐標(biāo)系 XYZ， XY平面為定位平面4，突出的多個(gè)凸臺(tái)2實(shí)際上是任意分布在定位 平面4上的，凸臺(tái)2在圖中的形狀是四棱柱，也可以是其它形狀。凸臺(tái)2下 底面為ijkm平面，凸臺(tái)2與定位平面的夾角為4)，每個(gè)凸臺(tái)的夾角d)的范 圍為45° 卯° ，圖中凸臺(tái)2垂直于XY面，角度d)為90。。設(shè)凸臺(tái)2的 坐標(biāo)系為x'y'z'。 x'y'平面為凸臺(tái)2自身的定位平面4，通過調(diào)整x'y'平面中x' 軸與XY平面中X軸的夾角a ，夾角a的范圍為(T 180° ,這樣來確定 每個(gè)凸臺(tái)的相對(duì)位置關(guān)系。凸臺(tái)2的上表面IJKM面是芯片平面3，芯片平 面3與XY平面的夾角為P，夾角P的范圍為(T 45° 。參見圖2，該圖為實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)橫向截面圖。圖中陰影線區(qū)域?yàn)榛?材，上表面為基面l，基面1上是無序排列的凸臺(tái)2，凸臺(tái)2上表面是芯片 平面3。圖中被截面剖開的凸臺(tái)2沒有用陰影線表示，基面l為一任意多邊 形，多邊形的每條邊的長度都是可以調(diào)整的，多邊形的每條邊之間的相對(duì)角 度是根據(jù)光學(xué)要求設(shè)定。凸臺(tái)2突出在基面1上，凸臺(tái)2截面全部是四邊形。 凸臺(tái)2相對(duì)于基面1的夾角根據(jù)光學(xué)要求設(shè)定，本實(shí)施例中的凸臺(tái)2的角度 變化較小，凸臺(tái)2的Z軸與基面的Z軸形成夾角小，實(shí)際設(shè)計(jì)中可擴(kuò)大角度 范圍，以不小于45°為佳。凸臺(tái)2的高度根據(jù)光學(xué)要求設(shè)定，凸臺(tái)的最高高度以不影響LED出光效果為準(zhǔn)，凸臺(tái)2的最低高度為0，本實(shí)施例中可理解 為存在這樣的凸臺(tái)，但由于和基面重合，無法標(biāo)示。凸臺(tái)2之間的距離是可 變的。芯片平面3位于凸臺(tái)2的上表面，相對(duì)于基面1的夾角P根據(jù)光學(xué)要求設(shè)定，其相對(duì)基面i的高度和角度是任意可變的，其中夾角e總為銳角，最小0°，最大不超過45°。 實(shí)施例2實(shí)施例2與實(shí)施例1相同，參見圖3a、圖3b，圖3a為本實(shí)施例的橫向 截面示意圖，圖3b為本實(shí)施例的縱向截面示意圖。所不同的是圖中陰影線 區(qū)域的上表面為一平面，作為基面l。由于基面l為一平面，因此道路照明 系統(tǒng)的照明性能主要通過調(diào)整基面上的凸臺(tái)2和芯片平面3的特征來達(dá)到。 圖中凸臺(tái)2的橫向截面寬度為D,縱向截面寬度為d，凸臺(tái)之間的間距橫向 距離為L，縱向距離為Ll,凸臺(tái)2的高度為h, D、 d、 L、 Ll和h都是可以 任意調(diào)整以滿足照明性能要求的。芯片平面3在橫向截面上與基面的夾角為 P，在縱向截面上與基面夾角為P1， p和pl的角度都是可以調(diào)整的。凸臺(tái)2 的排列是無序的，綜合調(diào)整D、 d、 L、 Ll、 h和p、 pi可以得到不同的凸臺(tái) 2和芯片平面3分布情況。通過凸臺(tái)2和芯片平面3的特征調(diào)整可以得到所 需要的照明光場，適用于各種復(fù)雜光場的設(shè)計(jì)。 實(shí)施例3實(shí)施例3與實(shí)施例1相同，參見圖4a、圖4b、圖4c，圖4a為本實(shí)施 例的橫向截面示意圖，所不同的是基面1上分布的凸臺(tái)2成對(duì)稱分布，凸臺(tái) 2垂直于基面1，圖中凸臺(tái)2的髙度從兩側(cè)到中間逐步升髙，高度也可以是逐步降低。凸臺(tái)2上芯片平面3的角度從兩側(cè)到中間逐步減小。圖4a截面 的圖形隨截面位置變化，基面1的寬度、凸臺(tái)的高度和寬度、芯片平面的角 度隨之變化，因此，本實(shí)施例中的三維光學(xué)結(jié)構(gòu)為具有圖示截面基本特征的 光學(xué)結(jié)構(gòu)。圖4b和4 c給出了符合本實(shí)施方式截面特征的兩種光學(xué)結(jié)構(gòu)的立 體視圖。其中圖4b的基面為一四邊形，圖4c的基面1為一橢圓形。圖4b 的凸臺(tái)2沿縱向方向每列的特征是一致的；圖4c的凸臺(tái)2是圓周分布的， 在距離中心等距處的凸臺(tái)2髙度特征是一致的。圖4b中的凸臺(tái)2是四棱柱, 圖4c中的凸臺(tái)為圓柱。圖4b和圖4c的凸臺(tái)2都是離散分布的，圖4b是陣 列式，圖4c為圓周式。圖4b的芯片平面3在沿縱向方向上每列角度是一致 的，圖4c的芯片平面3在距離中心等距的位置是對(duì)稱的。圖4b的LED出 光主要是左右兩側(cè)，適用于對(duì)某一方向光場要求較高的場合；圖4c的LED 出光則是全角度出射，適用于照明范圍較大和泛光照明的場合。圖4b和圖 4c的凸臺(tái)2在縱向方向也可以是連續(xù)的，彼此緊連構(gòu)成一連續(xù)實(shí)體。 實(shí)施例4實(shí)施例4與實(shí)施例1相同，參見圖5 a、圖5b、圖5c。圖5a為本實(shí)施例 的橫向截面示意圖，所不同的是圖中陰影線區(qū)域的下底面為一平面，是基面 1。圖中的凸臺(tái)2在橫向截面上構(gòu)成連續(xù)的實(shí)體，凸臺(tái)2是對(duì)稱分布的。芯 片平面3如圖所示，芯片平面3的角度從兩側(cè)到中間逐步減小。圖5a中所 示截面的圖形隨截面位置變化，基面1的寬度、凸臺(tái)2的髙度和寬度、芯片 平面3的角度隨之變化，圖5b為本實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖5c為本實(shí) 施例的立體圖。
權(quán)利要求
1. 一種大功率照明發(fā)光二極管燈的光學(xué)結(jié)構(gòu)，主要包括基材、凸臺(tái)、LED模塊芯片，其特征在于所述基材的上表面為基面，該基面上分布有至少二個(gè)凸臺(tái)，LED模塊芯片底部的散熱熱沉安裝在凸臺(tái)的上表面，凸臺(tái)上表面形成一具有空間角度的平面，該平面與基面的X軸Y軸的平面形成夾角β，凸臺(tái)Z軸與基面的X軸Y軸的平面形成夾角φ，凸臺(tái)X軸與基面的X軸形成的夾角α。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率照明發(fā)光二極管燈的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特 征在于所述基面為平面或凸面或凹面，凸面或凹面由二個(gè)以上平面或曲 面組合而成，或者是一個(gè)連續(xù)的曲面，基材的整體外形為多邊形或圓形 或橢圓形或曲邊形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率照明發(fā)光二極管燈的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特 '征在于所述凸臺(tái)的外形為圓柱形或棱柱形或圓臺(tái)形或棱臺(tái)形，凸臺(tái)上表 面形成的平面采用模具一次成型或機(jī)械加工成型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率照明發(fā)光二極管燈的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述凸臺(tái)上的平面與基面的x軸y軸的平面形成夾角e ，夾角P為0° 45° ,凸臺(tái)Z軸與基面的X軸Y軸的平面形成夾角(b,夾角 *為45° 卯° ，凸臺(tái)的X軸與基面的X軸形成的夾角a，夾角ci為 0。 180° 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率照明發(fā)光二極管燈的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特 征在于所述凸臺(tái)在基面的分布為對(duì)稱形或不對(duì)稱形，有規(guī)律的或離散的，凸臺(tái)之間為連續(xù)排列或不連續(xù)排列，凸臺(tái)與基材采用整體模具壓注成型 或整體機(jī)械加工成型，或者采用焊接或鍵合的方法將凸臺(tái)固定在基面上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率照明發(fā)光二極管燈的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特 征在于所述基材及凸臺(tái)采用鋁合金或鋁鎂合金或陶瓷材料或復(fù)合材料制 作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率照明發(fā)光二極管燈的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特 征在于本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于道路照明、室內(nèi)照明、汽車照明、泛 光照明和景觀照明中的發(fā)光二極管燈具。
全文摘要
大功率照明發(fā)光二極管燈的光學(xué)結(jié)構(gòu)，主要包括基材、凸臺(tái)、LED模塊芯片，所述基材的上表面為基面，該基面上分布有至少二個(gè)凸臺(tái)，LED模塊芯片底部的散熱熱沉安裝在凸臺(tái)的上表面，凸臺(tái)上表面形成一具有空間角度的平面，該平面與基面的X軸Y軸的平面形成夾角β，凸臺(tái)Z軸與基面的X軸Y軸的平面形成夾角φ，凸臺(tái)X軸與基面的X軸形成的夾角α。本發(fā)明可應(yīng)用于道路照明、室內(nèi)照明、汽車照明、泛光照明和景觀照明，優(yōu)點(diǎn)是通過三維光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三維空間優(yōu)化排列組合，有效地發(fā)揮LED的發(fā)光特點(diǎn)，提高LED道路照明系統(tǒng)的照明均勻性和照度，擴(kuò)大LED照明系統(tǒng)的照明范圍。
文檔編號(hào)F21V19/00GK101235943SQ20071003706
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月1日
發(fā)明者勝 劉, 劉宗源, 波 周, 凱 王, 甘志銀, 程明祥, 羅小兵 申請(qǐng)人:廣東昭信光電科技有限公司