无缝微透镜阵列LED匀光膜研究

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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