LED自由曲面透鏡

LED已經成為當今最普遍的光源，因為LED具有體積小、響應快、節能環保等優點，被廣泛應用在道路照明、汽車大燈和背光顯示等領域，這些應用都要求LED具有較高的顏色均勻性，但由于LED是面光源，出光角度小，使得其顏色均勻性較差。如現有的YAG（釔鋁石榴石晶體）熒光粉涂覆LED，會存在邊緣偏黃、中間偏藍的現象，對LED顏色均勻性的改善效果較差。

目前現有的改善LED顏色均勻性的方法主要有以下兩種：一、是改變熒光粉的涂覆模式，采用遠離涂覆或者保形涂覆。這種方法的原理是使LED發出的藍光在熒光粉內經過相同的傳播路程，使得各個角度激發的黃光一致，從而實現各個空間分布角度的顏色均勻性，但這種方法對封裝工藝的要求性較高，從而導致成本較高。二、是在LED芯片上面加入微透鏡陣列。但這種光學結構不能對大角度光學線進行有效的控制，并且光線經過這種光學結構后，由于菲涅爾反射損失和光學表面的全內反射，使得這種光學結構的光效降低。而現有的TIR透鏡（Total Internal Reflection，全內反射透鏡）主要用于準直，因此限制了LED的發散角，并且現有的TIR透鏡并不能改善熒光粉涂覆LED的顏色均勻性。

為了解決上述技術問題，得到具有高光效、較高顏色均勻性的LED，中環量子公司通過大量試驗測試和技術改進設計了一種基于全內反射的LED自由曲面透鏡。

這種基于全內反射的LED自由曲面透鏡，由底部的入射面、兩側的全反射面和頂部的自由出射曲面構成，入射面由一個折射圓柱面和一個折射圓弧曲面構成，折射圓柱面和折射圓弧面構成內凹的入射腔體用于放置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，全反射面的上邊沿與第一自由折射曲面的上邊沿連接形成透鏡外凸邊沿，第一自由折射曲面的下邊沿與第二自由折射曲面的邊沿連接形成溝槽，全反射面與自由出射曲面構成透鏡的外輪廓。

基于全內反射的LED自由曲面透鏡與現有技術相比，具有成本低、易加工的優點，與傳統的TIR透鏡相比，具有更大的發散角、能夠實現較高的光效和較好顏色均勻性。

下圖為這種基于全內反射的LED自由曲面透鏡的圖示：     

圖1：基于全內反射的LED自由曲面透鏡前視剖面圖

圖2：基于全內反射的LED自由曲面透鏡結構圖