无缝微透镜阵列LED匀光膜研究
2015-08-02褚才良陈海军李晓艳宁波燎原灯具股份有限公司浙江宁波35408中国计量学院杭州30000
褚才良,陈海军,陈亮,李晓艳(.宁波燎原灯具股份有限公司,浙江宁波35408;.中国计量学院,杭州30000)
无缝微透镜阵列LED匀光膜研究
褚才良1,陈海军1,陈亮2,李晓艳2
(1.宁波燎原灯具股份有限公司,浙江宁波315408;2.中国计量学院,杭州310000)
摘要:本文研究不同孔径无缝微透镜阵列膜LED光线扩散的影响,分析了不同厚度和直径的三角形、四边形和六边形微透镜阵列膜的扩散效果。设计了一种复合曲面微透镜阵列,利用光线追迹方法对其进行模拟,分析微透镜阵列对LED光源发出光线扩散性能的影响。
关键词:LED;微透镜阵列;复合曲面;均匀度
1引言
微透镜阵列是最重要的微光学元件中的一种,具有多种独特的光学性质。通过调整微透镜的形状、曲率半径、排布、厚度等参数,微透镜阵列扩散片可对入射光线进行整形、均匀、扩散、聚焦等调制来实现特定的功能。
2微透镜阵列分类
微透镜阵列型扩散片根据其微透镜的面形、尺寸、占空比和厚度等的不同,可以建立不同的微透镜阵列的模型。微透镜的填充因子和形状是影响光束效率的一个重要的因素。为了得到最多的光的能量,微透镜阵列中透镜所占区域即占空比,应该尽可能的大。无缝隙微透镜阵列占空比接近100%,可以实现较高的传输效率。根据微透镜的孔径形状可以分为三角形微透镜、六边形微透镜、四边形微透镜和双曲率形微透镜等。
3无缝微透镜阵列分析
表一三角形微透镜阵列
表二四边形微透镜阵列
表三六边形微透镜阵列
图1不同形状微透镜阵列的光学性能
如图1所示。通过对比分析,四边形孔径微透镜阵列光利用率最高,三角孔径微透镜阵列的扩散角度最大,扩散效果最好。
3.2一种复合曲面微透镜阵列膜设计
通过分析可以发现三种孔径形状的微透镜阵列膜对LED发出的光线都有一定的扩散作用,但是扩散角度最大只能到130度,远远不能满足消除眩光和匀光的要求。本论文提出一种新型结构的微透镜阵列膜,该微透镜为四边形孔径,微透镜单元为复合曲面透镜,在Tracepro软件中建立该微透镜阵列的三维模型,如图2所示,与多芯片LED光源一起进行光线追迹,其组合系统的发光强度曲线如图3所示,在发光强度曲线上可以看出,光束在-70度到+70度范围内发光强度比较均匀,说明光束扩散角度在140度范围内。
图2合曲面微透镜三维示意图
3.1厚度对不同孔径形状微透镜阵列影响
以单个微透镜曲率的厚度分别为10μm和20μm,孔径分别为60μm,90μm,120μm,在仿真软件中分别建立三角形微透镜、六边形微透镜、四边形微透镜模型,分析其对光效以及扩散角度的影响。
图3加上微透镜阵列膜的LED光源发光强度曲线
4结论
研究了微透镜阵列型扩散片对光线的扩散作用,通过对不同类型的微透镜阵列所形成的膜进行对比,得出扩散效果好的微透镜阵列的类型。设计了一种复合曲面微透镜阵列结构,在Tracepro中建立物理模型,利用光线追迹得方法对其性质进行模拟,进而分析微透镜阵列对LED光源发出光线扩散性能的。
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