2018/07/06
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LED自由曲面透镜
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领域，这些应用都要求LED具有较高的颜色均匀性，但由于LED是面光源，出光角度小，使得其颜色均匀性较差。如现有的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，对LED颜色均匀性的改善效果较差。
目前现有的改善LED颜色均匀性的方法主要有以下两种：一、是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，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。
二、是在LED芯片上面加入微透镜阵列。但这种光学结构不能对大角度光学线进行有效的控制，并且光线经过这种光学结构后，由于菲涅尔反射损失和光学表面的全内反射，使得这种光学结构的光效降低。而现有的TIR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。
为了解决上述技术问题，得到具有高光效、较高颜色均匀性的LED，中环量子公司通过大量试验测试和技术改进设计了一种基于全内反射的LED自由曲面透镜。
这种基于全内反射的LED自由曲面透镜，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，入射面由一个折射圆柱面和一个折射圆弧曲面构成，折射圆柱面和折射圆弧面构成内凹的入射腔体用于放置LED光源，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，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，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，全反射面与自由出射曲面构成透镜的外轮廓。
基于全内反射的LED自由曲面透镜与现有技术相比，具有成本低、易加工的优点，与传统的TIR透镜相比，具有更大的发散角、能够实现较高的光效和较好颜色均匀性。
下图为这种基于全内反射的LED自由曲面透镜的图示：
图1：基于全内反射的LED自由曲面透镜前视剖面图
图2：基于全内反射的LED自由曲面透镜结构图
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