專利名稱：一種led發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED發(fā)光裝置，發(fā)光裝置包含一發(fā)光半導(dǎo)體元件和一透鏡，透鏡用來將發(fā)光半導(dǎo)體元件所發(fā)出的光束導(dǎo)引按一定的方向射出。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體光源作為一種環(huán)保高效長壽命的新一代光源，逐步進入照明領(lǐng)域。如中國發(fā)明專利申請CNlOl 105272A公開了一種LED路燈及其透鏡，該透鏡包括入射面及出射面，透鏡的第一側(cè)面中部設(shè)有一供LED安裝于其內(nèi)的凹坑，凹坑的坑壁面構(gòu)成所述入射面；透鏡第二側(cè)面中部弧形凸出形成呈枕頭形的出射面；且透鏡第一側(cè)面圍繞凹坑設(shè)有一圈將光線反射向出射面的全反射面。這種透鏡的出射面一般都是球形或非球形的圓滑曲面，能對光束角進行調(diào)整再分布。如中國發(fā)明專利申請CN101169232A就揭示了透鏡出射面的曲率與光束角之間具有關(guān)聯(lián)性，即出射面的曲率越大對應(yīng)的光束角就越小。因此，要使透鏡具有一定的聚光效果，透鏡的出射面就必然要有一定的曲率，從而使透鏡的厚度不可能做得太薄，一般至少3-9mm，這樣光在透鏡介質(zhì)材料中穿透路程比較長，導(dǎo)致光損耗比較嚴重。美國專利US6607^6公開了一種帶有鋸齒的LED透鏡，如圖1所示，LED單元 40包括基座42和透鏡44，在基座42和透鏡44之間形成一容腔54，LED芯片52就位于容腔M中，LED單元的中軸線43也通過基座42和透鏡44的中心。透鏡44的側(cè)面設(shè)有鋸齒部56，鋸齒的表面形成光線的折射出射面59，透鐿44的頂面設(shè)有漏斗部58，漏斗部58的壁面構(gòu)成全反射面，可以將光線反射至鋸齒部56，并由透鐿44的側(cè)面以大致垂直于中軸線43 的角度射出，而另一部分光線直接由折射出射面59折射后，也以大致垂直于中軸線43的角度射出。因此，透鏡44的作用是實現(xiàn)側(cè)面發(fā)光。顯然，由于漏斗部58特定的曲面形狀和鋸齒部56各鋸齒上下排列的特點，這種透鏡的厚度也不可能很薄，也有出光效率低的缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的一個技術(shù)問題是提供一種厚度更薄、出光效率更高的透鏡。為了解決該技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種發(fā)光裝置用的透鏡，包括入射面和折射出射面，所述透鏡呈薄片形，透鏡的底面為入射面，透鏡的頂面設(shè)有多圈環(huán)形的鋸齒，說明書這些鋸齒沿透鏡的中心向邊緣內(nèi)外排列，鋸齒的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面構(gòu)成所述折射出射面。本發(fā)明利用鋸齒的表面來實現(xiàn)光線角度的調(diào)配，與現(xiàn)有技術(shù)利用圓滑曲面來調(diào)配光線不同， 本發(fā)明可以通過合理配置鋸齒的側(cè)面角度，來實現(xiàn)特定的光束角。本發(fā)明中的各鋸齒采用大環(huán)套小環(huán)的排列方式，可以盡可能地減小透鏡的厚度，從而減少光在透鏡內(nèi)的損耗，提高出光效率。利用很薄的厚度，就可以實現(xiàn)較小的光束角。該透鏡使用于半導(dǎo)體照明燈具能提高燈具效率，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)超薄化設(shè)計。優(yōu)選地，所述透鏡為圓形或橢圓形，透鏡頂面的鋸齒也為圓環(huán)形或橢圓環(huán)形。優(yōu)選地，所述透鏡為多邊形，透鏡頂面的鋸齒也為相應(yīng)的多邊形。進一步地，所述多邊形的邊數(shù)大于等于4。優(yōu)選地，在經(jīng)過透鏡中心的截面中，所述鋸齒的截面輪廓線為直線。進一步地，由內(nèi)到外，所述鋸齒的內(nèi)側(cè)面與透鏡中軸線的夾角依次增大，所述鋸齒的外側(cè)面與透鏡中軸線的夾角依次減小。優(yōu)選地，在經(jīng)過透鏡中心的截面中， 所述鋸齒的截面輪廓線為弧形線。優(yōu)選地，所述透鏡的側(cè)面還設(shè)有全反射面。進一步地，所述全反射面與入射面的夾角大于135、小于180。優(yōu)選地，所述透鏡的折射率為1. 2-1. 8。本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種出光效率更高的發(fā)光裝置。為了解決該技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種發(fā)光裝置，包括光源和置于光源前方的透鏡，所述透鏡呈薄片形，透鏡的底面為入射面，透鏡的頂面設(shè)有多圈環(huán)形的鋸齒，這些鋸齒沿透鏡的中心向邊緣內(nèi)外排列，鋸齒的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面為折射出射面。優(yōu)選地，所述透鏡的側(cè)面還設(shè)有全反射面。利用光的全反射原理，使光源發(fā)出的側(cè)面光線轉(zhuǎn)向有效出光面，并引導(dǎo)到設(shè)計的光束角內(nèi)，提高光線利用率。優(yōu)選地，所述光源為發(fā)光半導(dǎo)體元件。進一步地，所述發(fā)光半導(dǎo)體元件為LED。優(yōu)選地，所述光源和透鏡之間還填充有界面材料。進一步地，所述透鏡的折射率為1.2-1. 8，所述界面材料為折射率在1. 4-1. 8之間的透明材料。本發(fā)明發(fā)光裝置在滿足光學(xué)設(shè)計配光曲線要求的基礎(chǔ)上，具有厚度超薄，出光效率高，雜散損耗光少的三大特點，有利于燈具產(chǎn)品的設(shè)計發(fā)揮。
圖1是現(xiàn)有的一種具有透鏡的發(fā)光裝置示意圖。圖2是本發(fā)明一種透鏡的剖面圖。圖3是本發(fā)明一種具有直線型鋸齒輪廓的透鏡的剖面圖。圖4是本發(fā)明透鏡的工作原理圖。圖5是本發(fā)明一種具有弧線型鋸齒輪廓的透鏡的剖面圖。圖6是本發(fā)明一種圓形透鏡的俯視圖。圖7是本發(fā)明一種橢圓形透鏡的俯視圖。圖8是本發(fā)明一種多邊形透鏡的俯視圖。圖9是本發(fā)明一種具有透鏡的發(fā)光裝置示意圖。圖10是圖9所示發(fā)光裝置的工作原理示意圖。圖11是一種發(fā)光半導(dǎo)體元件的光強分布曲線圖。圖12是本發(fā)明具有透鏡的發(fā)光裝置的光強分布曲線圖。
具體實施例方式首先如圖2、圖3所示，本發(fā)明一種發(fā)光裝置用的透鏡10呈薄片形，其底面為入射面11。透鏡的頂面設(shè)有多圈環(huán)形的鋸齒13，這些鋸齒13沿透鏡的中心向邊緣內(nèi)外排列，這種大環(huán)套小環(huán)的排列方式可以從圖6、圖7和圖8中更清楚地表現(xiàn)出來。繼續(xù)參照圖2、圖 3，鋸齒的內(nèi)側(cè)面132和外側(cè)面131構(gòu)成透鏡的折射出射面。在經(jīng)過透鏡中心的截面中，這些鋸齒13的截面輪廓線為直線。一種優(yōu)選的方式是，這些鋸齒的角度各不相同，按照由內(nèi)到外(由中心到邊緣)的排列順序，設(shè)各鋸齒外側(cè)面131與透鏡中軸線14的夾角依次為Al、 A2、A3……，那么90 > Al > A2 > A3 >……≥0 ；設(shè)各鋸齒內(nèi)側(cè)面132與透鏡中軸線14的夾角依次為B1、B2、B3……，那么0 < Bl < B2 < B3 <……< 90。透鏡的側(cè)面與底面成一鈍角C，該側(cè)面的角度滿足全反射的要求，使投射到該側(cè)面的光線可以全部被反射到上述折射出射面，優(yōu)選地135 < C < 180從而該側(cè)面構(gòu)成透鏡的全反射面12。該透鏡的工作原理如圖4所示，由于光線從高折射率介質(zhì)(透鏡)進入低折射率介質(zhì)(空氣)時，會在界面處發(fā)生出射角度的偏轉(zhuǎn)或全反射現(xiàn)象。光線從入射面進入透鏡后，一部分光線直接由折射出射面射出，如圖中的Li、L3、L5所示；還有一部分光線先經(jīng)過一次反射后，再由折射出射面射出，如圖中的L2、L4、L6所示，在本實施例中，出射光線與垂直方向的夾角均控制在設(shè)計的士 10°范圍內(nèi)，形成新的光束角約20°。本發(fā)明在不增加透鏡厚度的前提下，通過設(shè)置多折射面角度的方法，使透鏡厚度的降低成為可能，利用鋸齒表面的角度來實現(xiàn)光線角度的調(diào)配，從而實現(xiàn)特定的光束角。如圖5所示，這是另外一種齒形的透鏡，在經(jīng)過透鏡中心的截面中，鋸齒的截面輪廓線為弧形線。雖然齒形輪廓有所不同，但其工作原理跟直線形齒廓的透鏡是一樣的。如圖6、圖7、圖8所示，透鏡可以是圓形、橢圓形或多邊形，多邊形的邊數(shù)大于等于4，透鏡頂面的鋸齒13相應(yīng)地也為圓環(huán)形、橢圓環(huán)形或多邊形。本發(fā)明中的各鋸齒采用大環(huán)套小環(huán)的內(nèi)外排列方式，而不是上下平行的排列方式，只要合理設(shè)計各鋸齒的角度，就可以實現(xiàn)所要求的光束角。因此，本發(fā)明可以最大限度地減小透鏡的厚度，透鏡厚度小于5mm，最佳的實現(xiàn)方案厚度小于0. 8mm,從而減少光在透鏡內(nèi)的損耗，提高出光效率， 并可以實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的超薄化設(shè)計。如圖9所示，將上述透鏡10置于一光源30的前方可以形成本發(fā)明的發(fā)光裝置，光源采用封裝好的發(fā)光半導(dǎo)體元件LED。封裝好的發(fā)光半導(dǎo)體元件 LED包含封裝支架或基板、引線、封膠，由于此為公知技術(shù)，所以不再說明。發(fā)光半導(dǎo)體元件出光面的中心位置和透鏡的中心位置在垂直于透鏡底面11的方向上，基本上處于同一垂直線上。光源30和透鏡10之間還填充有界面材料20，界面材料20可以是包括空氣在內(nèi)的透光的任何物質(zhì)，比較理想的材料是折射率在1. 4-1. 8之間的透明材料，可以是硅膠、環(huán)氧等樹脂材料。透鏡10用來將發(fā)光半導(dǎo)體元件所發(fā)出的光線引導(dǎo)至折射出射面射出，透鏡10 的折射率介于1.2-1. 8尤佳。該發(fā)光裝置的工作原理如圖10所示，由于透鏡的作用，可以獲得較小的光束角。通過圖11和圖12的對比，可以更清楚地看出透鏡對光線的調(diào)配作用， 圖11是一種發(fā)光半導(dǎo)體元件的光強分布曲線圖，可以看到，它的光強分布在較寬的角度范圍內(nèi)；圖12是發(fā)光半導(dǎo)體元件與本發(fā)明的透鏡結(jié)合后形成的發(fā)光裝置的光強分布曲線圖， 可以看到，它的光強集中在一個較小的角度范圍內(nèi)。下面對本發(fā)明的制造方法進行說明。透鏡10可為一般透光的熱塑性高分子材料注射成型，例如聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)聚碳酸酯(PC)或為可透光的熱固性塑料灌膠而成，例如環(huán)氧樹脂(EPOXY)硅膠 (SILICONE)等，也可以是透光的玻璃以模具成型。本發(fā)明發(fā)光裝置的一種制作方法是待透鏡加工成型后，將透鏡裝配到發(fā)光半導(dǎo)體元件上，采用界面材料填充透鏡與發(fā)光半導(dǎo)體元件之間的空隙。本發(fā)明發(fā)光裝置的另一種制作方法是預(yù)先將發(fā)光半導(dǎo)體元件放入透鏡的成型模具中，然后進行透鏡成型，這樣就不用再進行透鏡的裝配安裝，透鏡直接成型在發(fā)光半導(dǎo)體元件上。再一種加工方法是，先將具有觸變性的可透光膠狀材料注于發(fā)光半導(dǎo)體元件的上方，然后通過將模具壓合，使可透光膠狀材料表面形成上述透鏡結(jié)構(gòu)。上述透鏡和發(fā)光裝置的制造方法均是公知技術(shù)，在此不作詳述。
權(quán)利要求
1.一種LED發(fā)光裝置，其特征在于發(fā)光裝置包含一發(fā)光半導(dǎo)體元件和一透鏡，透鏡用來將發(fā)光半導(dǎo)體元件所發(fā)出的光束導(dǎo)引按一定的方向射出。
2.—種LED發(fā)光裝置，其特征在于發(fā)光裝置用的透鏡，包括入射面和折射出射面，所述透鏡呈薄片形，透鏡的底面為入射面，透鏡的頂面設(shè)有多圈環(huán)形的鋸齒，說明書這些鋸齒沿透鏡的中心向邊緣內(nèi)外排列，鋸齒的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面構(gòu)成所述折射出射面。
3.—種LED發(fā)光裝置，其特征在于裝置在滿足光學(xué)設(shè)計配光曲線要求的基礎(chǔ)上，具有厚度超薄，出光效率高，雜散損耗光少的三大特點。
全文摘要
本發(fā)明通過利用透鏡，將發(fā)光半導(dǎo)體元件所發(fā)出的光束加以導(dǎo)引的原理實現(xiàn)一種高性能LED發(fā)光裝置，該裝置能夠有效解決當前LED光效問題。
文檔編號F21S2/00GK102287665SQ20111027653
公開日2011年12月21日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者葉鵬, 孫志強, 王海汴 申請人:廣州眾恒光電科技有限公司