無縫微透鏡陣列LED勻光膜研究

褚才良,陳海軍,陳亮,李曉艷（.寧波燎原燈具股份有限公司,浙江寧波35408；.中國計量學院,杭州30000)

無縫微透鏡陣列LED勻光膜研究

褚才良1,陳海軍1,陳亮2,李曉艷2
（1.寧波燎原燈具股份有限公司,浙江寧波315408；2.中國計量學院,杭州310000)

摘要:本文研究不同孔徑無縫微透鏡陣列膜LED光線擴散的影響，分析了不同厚度和直徑的三角形、四邊形和六邊形微透鏡陣列膜的擴散效果。設計了一種復合曲面微透鏡陣列，利用光線追跡方法對其進行模擬，分析微透鏡陣列對LED光源發出光線擴散性能的影響。

關鍵詞:LED;微透鏡陣列;復合曲面;均勻度

1引言

微透鏡陣列是最重要的微光學元件中的一種，具有多種獨特的光學性質。通過調整微透鏡的形狀、曲率半徑、排布、厚度等參數，微透鏡陣列擴散片可對入射光線進行整形、均勻、擴散、聚焦等調制來實現特定的功能。

2微透鏡陣列分類

微透鏡陣列型擴散片根據其微透鏡的面形、尺寸、占空比和厚度等的不同，可以建立不同的微透鏡陣列的模型。微透鏡的填充因子和形狀是影響光束效率的一個重要的因素。為了得到最多的光的能量，微透鏡陣列中透鏡所占區域即占空比，應該盡可能的大。無縫隙微透鏡陣列占空比接近100%，可以實現較高的傳輸效率。根據微透鏡的孔徑形狀可以分為三角形微透鏡、六邊形微透鏡、四邊形微透鏡和雙曲率形微透鏡等。

3無縫微透鏡陣列分析

表一三角形微透鏡陣列

表二四邊形微透鏡陣列

表三六邊形微透鏡陣列

圖1不同形狀微透鏡陣列的光學性能

如圖1所示。通過對比分析，四邊形孔徑微透鏡陣列光利用率最高，三角孔徑微透鏡陣列的擴散角度最大，擴散效果最好。

3.2一種復合曲面微透鏡陣列膜設計

通過分析可以發現三種孔徑形狀的微透鏡陣列膜對LED發出的光線都有一定的擴散作用，但是擴散角度最大只能到130度，遠遠不能滿足消除眩光和勻光的要求。本論文提出一種新型結構的微透鏡陣列膜，該微透鏡為四邊形孔徑，微透鏡單元為復合曲面透鏡，在Tracepro軟件中建立該微透鏡陣列的三維模型，如圖2所示，與多芯片LED光源一起進行光線追跡，其組合系統的發光強度曲線如圖3所示，在發光強度曲線上可以看出，光束在-70度到+70度范圍內發光強度比較均勻，說明光束擴散角度在140度范圍內。

圖2合曲面微透鏡三維示意圖

3.1厚度對不同孔徑形狀微透鏡陣列影響

以單個微透鏡曲率的厚度分別為10μm和20μm，孔徑分別為60μm,90μm,120μm，在仿真軟件中分別建立三角形微透鏡、六邊形微透鏡、四邊形微透鏡模型，分析其對光效以及擴散角度的影響。

圖3加上微透鏡陣列膜的LED光源發光強度曲線

4結論

研究了微透鏡陣列型擴散片對光線的擴散作用，通過對不同類型的微透鏡陣列所形成的膜進行對比，得出擴散效果好的微透鏡陣列的類型。設計了一種復合曲面微透鏡陣列結構，在Tracepro中建立物理模型，利用光線追跡得方法對其性質進行模擬，進而分析微透鏡陣列對LED光源發出光線擴散性能的。

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