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CN206449556U - 可消除色散的直射式led照明模块 - Google Patents

可消除色散的直射式led照明模块 Download PDF

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CN206449556U
CN206449556U CN201720112562.4U CN201720112562U CN206449556U CN 206449556 U CN206449556 U CN 206449556U CN 201720112562 U CN201720112562 U CN 201720112562U CN 206449556 U CN206449556 U CN 206449556U
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led lighting
eliminating
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赖台库
陈品竹
霍怡菁
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Excellence Optoelectronics (dong Guan) Ltd
Lianjia Photoelectric Co ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种可消除色散的直射式LED照明模块，其是对车用LED灯具予以改进，以使其符合相关法令规范，其包含有发光二极管光源与平凸透镜，发光二极管光源设置于平凸透镜的焦点上，且由平面一侧入射并由凸面一侧出射，通过平凸透镜将发光二极管光源的光线向前聚焦成所需光型，另外，平凸透镜的平面上设置有微结构，以降低光型空间色偏现象，进而达到消除色散的目的。

Description

可消除色散的直射式LED照明模块
技术领域
本实用新型涉及一种照明模块，特别是指一种应用于车辆等交通工具，且可消除色散的直射式LED照明模块。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode；LED)为一种半导体元件，其具有体积小、效率高、寿命长、不易破损等传统光源无法比拟的优点，加正向电压时，发光二极管能发出单色且不连续的光源，通过改变荧光粉的组成，可使发光二极管发出颜色不同的各色光源。然而，由于存在光通量以及抗热衰能力的先天性问题，使得其以往难以应用于车用灯具。
近年来，随着制造技术的改进，LED的光通量与抗热衰能力大幅提升，因其具有体积小、亮度高的特性，非常适合用在有限空间内的车用灯具中，因而有将其作为汽车头灯的趋势。然而，传统的汽车头灯一般采用双曲面反射镜或是抛物面镜的设计，而这两种设计都难以让LED本身的特性(发光面积小且集中、光源指向性高、光热分离)发挥优势；因此，传统头灯的光学架构并不适合用在LED光源中。
LED光源本身采用荧光粉而具有一定程度的空间色偏现象；若是应用于存在折射元件(譬如为透镜)的光学系统中，则会产生色散现象，导致整体光型的空间色偏现象更严重。因此，如何在维持一定光强度的前提下解决色偏现象，可以说是LED应用于车用灯具最棘手的问题。
中国专利公告第204611663号专利利用两种不同折射系数的透镜耦合成单一透镜，利用两种透镜折射系数的差异，使不同波长的入射光的光程差接近，以消除LED光源车灯的色差。但两种材质透镜的耦合连接的制造技术难度高，使得成本也高，同时材料的选择也受到限制，应用层面不高。又例如中国专利公告第103672733号专利，其将特定区域喷砂打雾，以消除特定区域的色散现象；但也使得光线穿透率大幅降低，连带严重影响整体光学效率。
因此，如何解决LED应用于车用灯具存在的问题，以在维持一定光强度的前提下解决空间色偏现象，实为一项具实用价值的技术课题。
实用新型内容
鉴于以上问题，本实用新型的主要目的在于提出一种可消除色散的直射式LED照明模块，可通过微结构降低光型空间色偏现象，进而达到消除色散的目的，使得LED照明模块可以符合相关规范，适用于各种车辆载具；另外，其制造成本低，且易于量产，有助于提高产品的市场竞争力。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种可消除色散的直射式LED照明模块，包含有发光二极管(LED)光源与平凸透镜，发光二极管光源设置于平凸透镜的平面端焦点上，通过平凸透镜的型态调整所需的光型，且平凸透镜具有凸面与平面，发光二极管光源设置于平面一侧，使其所发出的光线经由平面入射后再由凸面出射；且平面端上具有微结构，微结构的每一维度的尺寸介于0.8-4.0毫米(mm)，微结构分布于与发光二极管光源的光轴夹角大于15°之外的区域，以消除透镜本身产生的空间色偏现象，进而达到消除色散的目的。
本实用新型中使用的微结构分布的区域不超过平凸透镜的该平面端面积的40％；且型态以沿着平面延伸、朝外凸起的柱状物为佳，譬如为截面形状为圆弧形或三角形的柱状物，上述所指维度为其宽度与高度，如此一来，则能有效消除色散。
有关本实用新型的详细内容及技术，兹就配合图式说明如下。
附图说明
图1为本实用新型第一实施例的可消除色散的直射式LED照明模块的示意图；
图2为本实用新型第二实施例的可消除色散的直射式LED照明模块的示意图；
图3A、图3B为本实用新型提供的可消除色散的直射式LED照明模块中的微结构分布范围的示意图；
图4为本实用新型提供的可消除色散的直射式LED照明模块中的微结构的局部放大图；
图5A、图5B为本实用新型提供的可消除色散的直射式LED照明模块中的微结构的剖面示意图。
附图标记说明：10-发光二极管光源；20-平凸透镜；201-透镜；21-平面；22-凸面；23-微结构。
具体实施方式
本实用新型提供的可消除色散的直射式LED照明模块的技术特征说明如下：
如图1所示为本实用新型第一实施例的可消除色散的直射式LED照明模块的示意图。
本实施例的可消除色散的直射式LED照明模块，如图1所示，其包含有发光二极管(LED)光源10与平凸透镜20，发光二极管光源10可包含有一个以上发光二极管芯片，其设置于平凸透镜20的焦点上；平凸透镜20具有平面21与凸面22，发光二极管光源10设置于平面21一侧，使其所发出的光线经由平面入射后再由凸面出射。
平凸透镜20的凸面22主要用来产生所需要的光型，其可根据所需应用的产品来加以设计变更，例如应用于车头灯时，由于车灯法规对于偏离中心区域的部分也有规范最低光强度要求，因此可利用多重聚焦透镜调制大角度区域的光型。如图2所示为本实用新型第二实施例的可消除色散的直射式LED照明模块的示意图。平凸透镜20是由多个共焦透镜201以水平方向结合组成，这些透镜201的焦点设计为共点，发光二极管光源10则设置于其共同焦点的位置。其中每一透镜201可根据需要调制的光源、光型等，由不同型态或曲度透镜201切割出来，且每一透镜201的垂直方向的曲度也可不对称；如图中所绘示为利用四组透镜201来加以合成，但此仅为示意，并非用以限定仅能采用四组，其组数、区度、或是对称、型态皆可根据所需要调制的光源、光型来加以变化。
车头灯的规范主要可参考ECE R112Class B，其针对车头灯各位置的亮度规范，与上述图2的实施态样所模拟出的数值来加以比较，详见下表一。
表一
取样点位置 角坐标 光强度值(cd) 规范需求(cd)
Imax 65,300 40,500
H-V 0.0,0.0 63,700 0.8Imax(52,240)
H-5L 0.0,5L 8,100 5,100
H-2.5L 0.0,2.5L 41,100 20,300
H-2.5R 0.0,2.5R 41,600 20,300
H-5R 0.0,5R 8,300 5,100
因此，就此一型态的仿真数值来看，其发光强度皆能符合相关规范。
由于LED光源的波长、光程差等原因会有色散的情况，举例来说，常见的白光LED产生白光的方式是通过蓝光芯片激发黄光荧光粉，进而产生白光，因此其发光频谱主要集中在短波长的蓝光与长波长的黄光两大部分，此两种色光对于透镜的折射率并不同，若是以PC材质而言，黄光折射系数为1.589，蓝光折射系数为1.608，所以黄光偏折程度会低于蓝光，这一物理现象导致了在例如25米处产生的光型也不相同，就会产生色散现象，因此车灯的光型分布存在色度空间分布不均的问题。
由于透镜中央区域其黄光与蓝光由于入射角度小并且光型中间区域几乎为准直光出射，因此在中央区域其色度分布为均匀白光；但在光型边缘区域的部分，由于黄光与蓝光在离开透镜时的角度差异较大，因此情况会较为严重，故在上下两侧造成的色散最为明显，其中又以与LED发光面光轴夹角超过15°的区域最为明显。
因此，如图3A、图3B所示为本实用新型提供的可消除色散的直射式LED照明模块的微结构分布范围的示意图。
为了降低加工的难易度，本实用新型将微结构23设置于平凸透镜20的平面21一侧，如同前面所阐述，微结构23是用来消除色散，因此其分布于与发光二极管光源10的光轴夹角大于15°之外的区域，也就是色散情况最为明显的区域，同时，微结构23的每一维度的尺寸较佳为0.8-4.0毫米(mm)，以达到消除色散的目的；另外，由于增加微结构23会降低光线的穿透率，进而影响灯具的光强度，因此，微结构23分布的区域较佳为不超过平凸透镜20的平面21的40％。
如图4所示，其中微结构23为包含多个由平凸透镜20的平面朝外凸起的柱状物，因此，微结构23的维度则指其宽度与高度；另一方面，其截面形状可为圆弧形(如图5A)或是三角形(如图5B)，当为圆弧形时，则其弦长与弦高的尺寸为0.8-4.0毫米，当为三角形时，则其底与高的尺寸为0.8-4.0毫米，如此一来则能有效消除色散。
如图2所示，微结构23的配置除了分布于平凸透镜20的平面21的上侧、下侧，且为水平直向分布，以其中截面形状为半圆形的例子，其相关仿真数据如下表二：
表二
取样点位置 光强度值(cd) 光强度值(加入微结构)(cd) 光强度维持率
Imax 65,300 49,400 76％
H-V 63,700 47,700 75％
H-5L 8,100 6,500 80％
H-2.5L 41,100 29,500 72％
H-2.5R 41,600 30,200 73％
H-5R 8,300 6,600 80％
因此，加入此微结构23后，其仿真数值不仅依旧能符合规范，且考虑制成灯具装置后，会有5-8％的光损，另外，以其中模拟数值最接近规范值的Imax来说，其仅高于标准规范38％；因此，整体光强度皆维持原有光度值70％以上的情况，自然可理解制成灯具装置后也能符合相关规范。
同时，因前述微结构23的配置范例是以配合图2的实施态样来设计，根据实际使用的需求，配置的区域也可以设计为非对称式，当然，每一柱状物的高度、宽度也可以不同，配置角度也可以非为水平，图中所绘示仅为示意说明，并非用以限定其应用方式与范围。
综上所述，本实用新型提供的可消除色散的直射式LED照明模块将微结构设置于平凸透镜的平面上，且LED光源设置于平面一侧的焦点，使其由平面入射再由凸面出射，以消除因LED光源本身产生的空间色偏现象，进而达到消除色散的目的；另外，微结构设置于平凸透镜的平面上，使得加工难易度大幅降低，有效降低成本，凸面的部分可配合使用的状态来调整，以调配出所需要的光型，除了采用多个透镜组合的方式外，也可于凸面的表面直接形成各种纹路或是图样，不仅能适用于车用灯光装置，同时也能应用于各种照明需求，进而为产品提高附加价值，并创造市场新商机。
虽然本实用新型以前述的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求范围所界定为准。

Claims (11)

1.一种可消除色散的直射式LED照明模块，其特征在于，包含有：
一发光二极管光源，其发射一光线；以及
一平凸透镜，其具有一凸面与一平面，该发光二极管光源位于该平凸透镜的平面端一焦点上，该发光二极管光源所发射的该光线由该平面入射并由该凸面出射，该平面端上具有一微结构，该微结构的每一维度的尺寸介于0.8-4.0毫米，且该微结构分布于与该发光二极管光源的一光轴夹角大于15°之外的区域。
2.根据权利要求1所述的可消除色散的直射式LED照明模块，其特征在于，该发光二极管光源包含一个以上发光二极管芯片。
3.根据权利要求1所述的可消除色散的直射式LED照明模块，其特征在于，该平凸透镜由多个共焦透镜结合组成，该发光二极管光源设置于该多个透镜的共同焦点上。
4.根据权利要求3所述的可消除色散的直射式LED照明模块，其特征在于，该多个透镜为水平方向结合配置。
5.根据权利要求1所述的可消除色散的直射式LED照明模块，其特征在于，该微结构分布的该区域不超过该平凸透镜的该平面端面积的40％。
6.根据权利要求1所述的可消除色散的直射式LED照明模块，其特征在于，该微结构包含多个由该平凸透镜的该平面朝外凸起的柱状物。
7.根据权利要求6所述的可消除色散的直射式LED照明模块，其特征在于，该多个柱状物的截面形状为圆弧形。
8.根据权利要求6所述的可消除色散的直射式LED照明模块，其特征在于，该多个柱状物的截面形状为三角形。
9.根据权利要求6所述的可消除色散的直射式LED照明模块，其特征在于，该微结构的该多个维度的尺寸指该多个柱状物的宽度与高度。
10.根据权利要求6所述的可消除色散的直射式LED照明模块，其特征在于，该微结构的该多个柱状物分布于该平凸透镜的该平面的上侧和下侧。
11.根据权利要求10所述的可消除色散的直射式LED照明模块，其特征在于，该柱状物沿着上下方向配置，且该微结构的排列方向垂直于配置方向。
CN201720112562.4U 2016-12-30 2017-02-07 可消除色散的直射式led照明模块 Active CN206449556U (zh)

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