[发明专利]成矩形光斑的LED二次光学系统、LED光源化模组及LED灯具

说明书

技术领域

本发明涉及一种成矩形光斑的发光二极管(LED)二次光学系统、LED光源化模组及LED灯具。

背景技术

随着LED制造技术的不断进步，其光效不断攀升，截止目前大功率白光LED的光效已达到100lm/w以上。这一光效使得LED进入普通照明成为可能，特别是在道路照明等属于定向照明的领域已经逐步获得应用。但是，由于目前LED的价格比传统光源高得多，而光效也只与荧光灯、金卤灯等接近，比高压钠灯略低。因此，LED用于普通照明的推广必须以提高LED照明系统的整体光效为前提，而这依靠提高LED器件的光效及灯具效率或者有效光利用率。

在道路照明、隧道照明等大功率LED灯具应用中，由于灯具需要防尘、防水等功能，因此，常采用“整体式”灯具的方式，即全部LED器件放置在一个密封的空间中。具体做法是：LED焊接在铝基板上，铝基板通过导热胶粘贴在带有散热鳍片的铝制灯壳上，LED的前端有配光透镜或反射镜。在透镜的前边有防水透明外罩。这样做法有如下缺点：

1.所有LED放置在铝制灯壳与透明防水外罩形成的密封腔内，密封性靠防水胶实现，这样，任何一个LED失效后，维修将及其困难，特别是现场无法维修。

2.用于配光的透镜或反射镜本身至少10％以上的光学损耗，防水透明外罩也有10％以上的光学损耗。因此，灯具的光学效率只能低于80％。

3.采用内表面为自由曲面、外表面是平面进行配光，可以形成外表面为统一平面的配光透镜阵列，该透镜阵列可以实现配光的同时实现模组的防水防尘功能。但该方法只能对LED发出的与其光轴成一定角度(常为70度)以内的光线调整方向，

对大于该角度的光线无法进行调整方向。因此，不能获得高的光学效率。

本发明正是针对这些问题，采用外表面为平面内表面为自由曲面的透镜、辅以自由曲面的内表面反射器，形成光源化模组，用这些模组组装灯具。由于透镜阵列通过密封圈与近似水槽型的压铸成型铝件安装，即实现了配光，又使模组本身防水防尘，同时，平滑的外表面使灯具冲洗容易。而反射器与透镜结合形成的光学系统也保证了系统具有很高的光学效率。因此，通过这样形成的多个模组，可以组成各种维修非常方便、高效率的、模块化的大功率LED灯具。

发明内容

本发明的目的：

目前市场上的大功率LED多采用整体式的，LED灯具维修困难，因此，采用光源化模块，以与高压钠灯灯具类似的方法组装成大功率LED灯具成为发展趋势。为了实现模块的现场更换，模块本身必须实现防水防尘、配光及散热功能。但是，模块中必须具有光学透镜或反射镜实现配光、防水透光外罩实现IP等级，这两者将分别使光效损失10％以上，即灯具的整体光效将低于80％。因此，比较可行的办法是：将光学透镜或反射镜做成阵列，兼具光学配光与防水罩的功能。但目前使用的光学配光是外表面为自由曲面的透镜，形状类似花生壳，当把它做成透镜阵列时，外表面整体上是不平整的，这样容易沾灰，且不容易清洗。而采用内表面为自由曲面、外表面是平面进行配光，可以形成外表面为统一平面的配光透镜阵列，该透镜阵列可以实现配光的同时实现模组的防水防尘功能(见专利201010607990.7，201010610503.2，201020685696.3，201020683105.9)。但该方法只能对LED发出的与其光轴成一定角度(常为70度)以内的光线调整方向，对大于该角度的光线无法进行调整方向。因此，不能获得高的光学效率。本发明的目的是且通过内表面反射器提高光学效率，及外表面为平面的透镜阵列实现配光及防护功能，用于制作高效率的光源化模块。在该模块可用于制作各种大功率LED灯具，如路灯、隧道灯、投射灯、厂矿灯等。

本发明是一种成矩形光斑的发光二极管(LED)二次光学系统、LED光源化模组及LED灯具。

本发明的光学系统由LED发光体(1)、反光器(2)、透镜(3)组成，如图1。反光器(2)为碗状内表面，其碗底有开孔(21)，LED发光体(1)装于碗底开孔(21)，使光线朝碗口(22)方向射出。透镜(3)装在反光器(2)的前面。LED发光体(1)为大功率LED器件，反光器(2)的碗状内表面(23)，是自由曲面。透镜(3)包括入光面(31)及出光面(32)。入光面是为鞍形的自由曲面，在一个侧面中间下凹两边上翘，在另一个侧面中间上凸两边下收，出光面(32)为平面。反射器(2)见图2-3，透镜见图4-5。