[发明专利]具有准直光学元件的LED光源

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有准直光学元件的LED光源。本发明特别是涉及一种透 镜阵列以及一种用于制造透镜阵列的方法。

背景技术

发光半导体二极管(LED)正在越来越多地用于照明目的。这种光源的优 点是效率高和使用寿命长。

例如作为薄层LED设置在电路板上的半导体发光层在180°的大角度内发 射光线。因此这对于许多照明目的来说具有优点的是，由单个或多个LED发射 的光被汇聚成束。距LED中轴线约+/-30°的角度范围已经包括所发射的光效率 的约70％。但仍希望在尽可能宽的发射角内得到光线，并从而提高效率。在实 践中，为此特别是已知了包括侧面反射器的光学元件，通过该反射器使在一定 角度外发射的光被反射，通过又一次反射被折叠，然后向前发射。

利用这种光学元件虽然可以达到良好的效率，但由于复杂的几何形状，这 种光学元件的制造很麻烦。此外，复杂的几何形状通常只能用塑料提供。大多 数塑料不适合在120℃和更高温度下形成的大功率LED，因为它们的耐高温性 能不够。此外，特别是当长时间受到强光照射的情况下塑料会变得混浊。

对由LED发射的光进行准直的另一种可能性是菲涅耳波带片。利用这种按 照衍射方式工作的光学元件可以取得良好的效率。但为此所需的特别是在波带 片环的间距必须越来越小的大发射角区域内的微结构的加工总是非常昂贵和复 杂的。此外，菲涅耳波带片只对一种波长有效。为了得到良好的准直效果，在 菲涅耳波带片的阵列内，必须为每种LED颜色提供一个单独的波带片。在基于 转换器材料以不同波长发射的白光LED的情况下，利用菲涅耳波带片不能足够 地提供准直。

通常采用薄层法制成的已知的玻璃微透镜阵列通常至少在所发射的光的边 缘区域内达不到足够的准直效果。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种LED光源，其中至少缓解了现有技术 的上述缺点。

本发明的一个目的特别是可以提供一种具有良好准直效果的耐热透镜阵 列。

特别是对于大发射角范围的透镜阵列应当有足够的准直效果。

本发明的目的通过如独立权利要求之一所述的LED光源、非球面准直透镜 以及用于制造透镜阵列的方法得以实现。

本发明优选的实施方式和改进方案在各从属权利要求中给出。

本发明一方面涉及一种LED光源，其中LED光源是指包含发射光的LED 的任何装置。LED光源因此不一定非得用于照明目的，而是也可以例如作为信 号显示装置使用。但LED光源特别是最好作为房间、阅读或者信号显示照明装 置构成。其他优选的应用为汽车技术领域，特别是根据本发明的LED光源可以 作为汽车前照灯或者后灯使用。此外，这种大功率的LED用在电影院、商用和 /或家庭影院投影的投影仪中。

LED光源包括至少一个LED和至少一个最好为非球面的、并由玻璃或者 玻璃陶瓷制成的准直透镜。准直透镜最好是指将光汇聚成束的凸透镜，特别是 相对于LED的发射面被设置为使得光束以基本上彼此平行的光线进行发射。

由于在大发射角的情况下，特别是在发射角大于30°时，不再适用关系式 sinα≈α，所以透镜在本发明的优选实施方式中包括自由形状的表面，特别是准 直光学元件具有非球面的形状。这样，通过选择适当参数，非球面能够获得最 高60°的大发射角的准直效果。在本发明的一个实施方式中，非球面旋转对称地 构成。

非球面的形状在此方面最好通过下列等式确定：