LED照明模块及其光控方法

摘要

本发明涉及一种LED照明模块，包括LED以及罩在该LED上的大体呈球台状的、单件式透光元件，该透光元件的上底向内凹陷，形成一内反射腔，罩在LED上，其下底亦向内凹陷，形成一个外反射腔。所述外反射腔由一个位于中部的外折射壁和一个环绕所述外折射壁的外折反射壁限定，所述外折反射壁向外凸起。本发明的LED照明模块利用透光元件的内反射腔对LED的光线进行折射、反射并进一步折射，对LED的光线进行初步控制，再通过外反射腔及透光元件的侧壁对光线进行进一步折射和反射，实现对LED光线的二次控制，结合反射罩可实现LED发出光线的全方位控制，使LED照明模块的照明范围显著扩大，照度更加均匀。

权利要求

1.一种LED照明模块，包括LED以及罩在该LED上的光学辅助系统，所述光学辅助系统为一个呈旋转对称型的单件式透光元件，该透光元件朝向所述LED的一面向内凹陷，形成一内反射腔，罩在LED上，并允许所述LED在内反射腔内沿着透光元件的光学轴线移动；其特征在于：所述透光元件大体呈球台状的，所述内反射腔位于球台的上底；该透光元件的下底亦向内凹陷，形成一个外反射腔；所述外反射腔由一个位于中部的外折射壁和一个环绕所述外折射壁的外折反射壁限定，所述外折反射壁向外凸起；所述内反射腔由一个位于中部的内折射壁和一个环绕所述内折射壁的内折反射壁限定；所述内折射壁和外折射壁之间的部分构成凸透镜；所述内折反射壁、外折反射壁和球台的侧壁之间的部分构成环绕所述凸透镜的折反射镜；所述凸透镜使所述LED发出的中部光线从所述外折射壁向前射出；

所述折反射镜使所述LED发出的外围光线的一部分从内折反射壁进入，在侧壁反射后从外折反射壁向前射出，同时使所述LED发出的外围光线的另一部分从内折反射壁进入，在外折反射壁反射后从侧壁射向所述透光元件的侧后方。

2、根据权利要求1所述的LED照明模块，其特征在于，还包括位于所述透光元件外围的反射罩，所述在外折反射壁反射后从侧壁射出至所述透光元件的侧后方的光线在所述反射罩反射后向LED照明模块的前方射出，与从所述透光元件射出的光线一起构成均匀的光斑。

3、根据权利要求2所述的LED照明模块，其特征在于，所述外折射壁为以下中的一种：凸形曲面和平面。

4、根据权利要求2所述的LED照明模块，其特征在于，所述内折射壁为以下中的一种：凸形曲面和平面。

5、根据权利要求2所述的LED照明模块，其特征在于，所述折反射镜的高度自所述凸透镜的边缘向外逐渐增加。

6、根据权利要求4所述的LED照明模块，其特征在于，所述内折反射壁呈向内凹陷状或为平面。

7、根据权利要求5所述的LED照明模块，其特征在于，所述透光元件的上底的靠近边缘的环形部分固定在所述反射罩上。

8、根据权利要求1至7项中任一项所述的LED照明模块，其特征在于，所述反射罩大体呈球冠形。

9、一种光控方法，其特征在于，包括：

在LED上方提供一个凸透镜，使LED位于凸透镜的光学轴线上，所述凸透镜对LED发出的中部光线进行调整；以及在所述凸透镜的外围提供一个旋转对称的折反射镜，该折反射镜用于对所述LED发出的外围光线进行调整，且与所述凸透镜一体成型，所述折反射镜包括一个朝向LED的内折反射壁、一个与内折反射壁相背的外折反射壁和连接内折反射壁和外折反射壁的侧壁；

其中，所述LED发出的外围光线的一部分从内折反射壁进入，在侧壁反射后从外折反射壁向前射出，同时使所述LED发出的外围光线的另一部分从内折反射壁进入，在外折反射壁反射后从侧壁向所述折反射镜的侧后方射出。

10、根据权利要求9所述的光控方法，其特征在于，还包括在所述折反射镜外围提供一个反射罩的步骤，所述在外折反射壁反射后从侧壁向所述折反射镜的侧后方射出的光线在所述反射罩反射后向前射出。

说明书

LED照明模块及其光控方法

技术领域

[0001] 本发明涉及LED（light emitting diode，发光二极管）照明模块，尤其涉及一种在LED照明元件上采用透光单件式辅助光学系统（透镜）的LED照明模块及其光控方法。

背景技术

[0002] 与传统光源相比，LED具有较高的发光效率，还具有体积小、低辐射、低耗电、寿命长、启动快等优点。LED在照明领域的运用已经日渐成熟。一般的LED是采用普通COB（Chip On Board，板上芯片）封装方式，LED的发光芯片发出的光没有进行光学校正，会形成圆形的光斑，照明范围很小且照度很不均匀，不能满足道路照明甚至家庭照明的要求。现在也有在LED前增加菲涅尔透镜的方式来改善LED灯光斑和出光口径的问题，但效果不太理想，在需要达到较好光斑效果的情况下，就不能做大出光口径，从而导致此类LED出光面太小，光照外观不协调等缺陷。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种出光口径大且照度均匀的LED照明模块。

[0004] 一种LED照明模块，包括LED以及罩在该LED上的光学辅助系统。所述光学辅助系统为一个呈旋转对称型的单件式透光元件，该透光元件朝向所述LED的一面向内凹陷，形成一内反射腔，罩在LED上，并允许所述LED在内反射腔内沿着透光元件的光学轴线移动。所述透光元件大体呈球台状的，所述内反射腔位于球台的上底。该透光元件的下底亦向内凹陷，形成一个外反射腔。所述外反射腔由一个位于中部的外折射壁和一个环绕所述外折射壁的外折反射壁限定，所述外折反射壁向外凸起。所述内反射腔由一个位于中部的内折射壁和一个环绕所述内折射壁的内折反射壁限定。所述内折射壁和外折射壁之间的部分构成凸透镜。所述内折反射壁、外折反射壁和球台的侧壁之间的部分构成环绕所述凸透镜的折反射镜。所述凸透镜使所述LED发出的中部光线从所述外折射壁向前射出。所述折反射镜使所述LED发出的外围光线的一部分从内折反射壁进入，在侧壁反射后从外折反射壁向前射出，同时使所述LED发出的外围光线的另一部分从内折反射壁进入，在外折反射壁反射后从侧壁射向所述透光元件的侧后方。

[0005] 在优选的实施例中，所述LED照明模块还包括位于所述透光元件外围的反射罩。所述在外折反射壁反射后从侧壁射出至所述透光元件的侧后方的光线在所述反射罩反射后向LED照明模块的前方射出，与从所述透光元件射出的光线一起构成均匀的光斑。

[0006] 在优选的实施例中，所述外折射壁为以下中的一种：凸形曲面和平面。

[0007] 在优选的实施例中，所述内折射壁为以下中的一种：凸形曲面和平面。

[0008] 在优选的实施例中，所述折反射镜的高度自所述凸透镜的边缘向外逐渐增加。

[0009] 在优选的实施例中，所述内折反射壁呈向内凹陷状或为平面。

[0010] 在优选的实施例中，所述透光元件的上底的靠近边缘的环形部分固定在所述反射罩上。

[0011] 在优选的实施例中，所述反射罩大体呈球冠形。

[0012] 本发明的目的还在于提供一种照明范围大且照度均匀的光控方法，包括步骤：在LED上方提供一个凸透镜，使LED位于凸透镜的光学轴线上，所述凸透镜对LED发出的中部光线进行调整；以及在所述凸透镜的外围提供一个旋转对称的折反射镜，该折反射镜用于对所述LED发出的外围光线进行调整，且与所述凸透镜一体成型，所述折反射镜包括一个朝向LED的内折反射壁、一个与内折反射壁相背的外折反射壁和连接内折反射壁和外折反射壁的侧壁。其中，所述LED发出的外围光线的一部分从内折反射壁进入，在侧壁反射后从外折反射壁向前射出，同时使所述LED发出的外围光线的另一部分从内折反射壁进入，在外折反射壁反射后从侧壁向所述透光元件的侧后方射出。

[0013] 在优选的实施例中，还包括在所述折反射镜外围提供一个反射罩的步骤，所述在外折反射壁反射后从侧壁向所述透光元件的侧后方射出的光线在所述反射罩反射后向前射出。

[0014] 本发明的LED照明模块利用透光元件的内反射腔对LED的光线进行折射、反射并进一步折射，对LED的光线进行初步控制，再通过外反射腔及透光元件的侧壁对光线进行进一步折射和反射，实现对LED光线的二次控制，结合反射罩可实现LED发出光线的全方位控制，使LED照明模块的照明范围显著扩大，照度更加均匀。另外，通过调整透光元件各个面的曲率，可实现各种光控效果。另外还具有结构简单，易于安装和维护，能够针对现有LED进行改进、适配。

附图说明

[0015] 图1为一实施例的LED照明模块的剖面图。

[0016] 图2为图1中LED照明模块的立体图。

[0017] 图3为图1中透光元件的剖面图。

[0018] 图4为图1中LED照明模块的发光示意图。

[0019] 图5为图1中LED照明模块的配光曲线图。

[0020] 图6和图7为图1中LED照明模块的光斑图。

[0021] 图8为另一实施例中LED照明模块的发光示意图。

[0022] 图9为又一实施例中LED照明模块的发光示意图。

具体实施方式

[0023] 下面将结合具体实施例及附图对本发明LED照明模块及其光控方法作进一步详细描述。

[0024] 如图1和图2所示，一实施例中，本发明的LED照明模块包括LED模块10、固定在LED模块10外围的反射罩20、以及罩在LED模块10上的透光元件30。LED模块10发出的所有光线经过作为光学辅助系统的透光元件30的折反射调整，部分直接射出LED照明模块，另外部分经过反射罩20反射后射出LED照明模块。

[0025] 该LED模块10包括LED（半导体光源元件）11和用于固定LED 11的基板13。反射罩20大体呈球冠状（也可称为碗状），内表面设有镜面反射层，底部开有允许LED 11伸出的通孔。反射罩20底部靠近该通孔的部位固定在基板13上。

[0026] 透光元件30大体呈球台状，且为旋转对称型，其半径较小的上底的靠近边缘的环形部分固定在反射罩20上。上底靠近中心的部分向内凹陷，形成一个内反射腔31，罩在LED11上，并允许LED 11在内反射腔31内沿着透光元件的光学轴线移动。透光元件30的下底自边缘起向内凹陷，形成一个外反射腔32。且内、外反射腔31、32互不相通。

[0027] 同时参考图1和图3，内反射腔31由位于中部的、呈圆弧状略向外突起的内折射面33，以及环绕内折射面33的内折反射壁34限定。本实施例中，内折反射壁34呈向内凹陷状。外反射腔32由位于中部的、呈圆弧状略向外突起的外折射面35，以及环绕外折射面35的外折反射壁36围成。本实施例中，外折反射壁36呈圆弧状向外凸起状，但突起的高度不超过下底的边缘。整体上看来，透光元件30的中部（见图3中虚线A框住的部分，），即内折射壁33和外折射壁35之间的部分构成一个凸透镜，在此标记为A，用于控制所述LED中部光线的发散性。而环绕中部的外围部分（见图3中虚线B框住的部分），即内折反射壁34、外折反射壁36和球台的侧壁37之间的部分构成一个折反射镜，在此标记为B，用于控制LED
11外侧光线的发散性。折反射镜B的高度（该高度是指上底至下底的高低）自中部向外逐渐增加。透光元件30的侧壁37也为向外凸起的圆滑曲面，其与反射罩20配合，在透光元件30与反射罩20之间形成一个反射光控区。

[0028] 可以理解的，透光元件30的各个面的曲率及反射罩20的曲率应相互配合，使其在工作状态下，LED 11所射出的光线都将经过凸透镜A、折反射镜B两个光控功能区域内进行调整。具体的，凸透镜A使得LED 11发出的中部光线（也即位于和靠近透光元件30的光学轴线的光线）照度范围扩大且均匀地向前射出；折反射镜B使得LED 11发出的外围光线的一部分从内折反射壁34进入，在侧壁37反射后从外折反射壁36向前射出，同时使LED 11发出的外围光线的另一部分从内折反射壁34进入，在外折反射壁36反射后从侧壁37射向反射罩20。反射罩20应使从其表面反射的光线向前射出，并与从透光元件30射出的光线一起构成均匀的光斑。本实施例的LED照明模块经模拟测试证明，可以得到较大的、非常均匀的光斑，如图5至图7所示。

[0029] 更具体地，如图4所示，LED 11中部射出的光线经过内反射腔31，在内折射壁34进行第一次折射，并进入透光元件30内，通过一段预设距离之后，经外折射壁35进行第二次折射后向前进入照明目标区域。其中该预设距离为外折射壁35与内折射壁33之间的距离，通过该距离的调整可以控制LED 11中部射出光线的发散性，而该距离可根据实际需要进行调整，但该距离的调整必须与内折射壁33与外折射壁35的曲面形状相配合，来形成不同聚焦、不同散射角度的出光效果。例如，外折射壁35与内折射壁33可以为凹、凸、平三种形状不同排列组合方式进行调整以适应需求，而不仅仅限于本实施例中的向外凸起形状。如图8和图9所示，透光元件的下底的中部为平面，上底的中部为凸面。再配合两者之间的距离的调整（即作为焦距的调整）可以达到需求的大出光面且光斑均匀的效果。

[0030] LED 11除中部光线以外的主要光线都将进入折反射镜B。具体来说，LED 11除中部以外的外围光线，都将通过内反射腔31，在内折反射壁34进行折射和反射，并为射向该壁面上的光线进行预设的折反射方向引导。

[0031] 其中LED 11射向内折反射壁34的外围光线，由于入射角度的不同，主要分为两个路径，其中一部分的光线将通过内折反射壁34发生折射，射向侧壁38，在侧壁38上进行全反射，使该射入光线反射至外折反射壁36上，在外折反射壁36上折射后射出LED照明模块。

[0032] 而另一部分射向内折反射壁34的光线将通过内折反射壁34发生折射，直接射向外折反射壁36，产生全反射效果，而此时通过该全反射效果，可以使该射入光线的射出方向进行调整，并使该光线反射至侧壁37上，并进行折射后射出透光元件30，并射向反射器20。藉由反射器20，该部分光线经过再次反射后投向预设的照射区域。

[0033] 综上所述，折反射镜B的光线折反射角度与方向可通过改变内折反射壁34、侧壁37、外折反射壁36的曲率进行相应的调整，以控制从LED 11的除中部光线以外的射出光线的折反射方向，使该部分的光线可通过两种渠道进行控制：

[0034] 第一，通过折反射镜B直接射出，以照向光线照射区域，藉此直接控制该部分的射出光线的照射角度及方向；

[0035] 第二，通过折反射镜B折射光线至反射器20上进行镜面反射，藉此扩大出光面，扩大照射范围，实现照度均匀和做大出光面。

[0036] 例如，透光元件的上底的环形部分与上底的中部之间的面（即内折反射壁）可呈平直状（如图8所示），或向内弯折的折面状（如图9所示），侧壁可呈平直状，均可做到大出光面和光斑均匀的效果。

[0037] 由上所述，藉此对LED的所有射出光线进行全光控调整，可以增大LED照明模块的出光面，同时均匀LED的光斑。不但可以实现大角度，大出光面的光学效果，尤其还能实现小角度，大出光面的效果，弥补了现有COB封装LED结构的先天缺陷。

[0038] 本发明的LED照明模块结构简单，易于安装和维护，能够针对现有LED进行改进、适配。由于透光元件制作简单，加工成本较低，有利于量产。

[0039] 虽然对本发明的描述是结合以上五个具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。