CN100433385C

CN100433385C - 发光装置

Info

Publication number: CN100433385C
Application number: CNB2005101088453A
Authority: CN
Inventors: 谢明勋; 殷寿志
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: CN1783523A

Abstract

本发明公开了一种发光装置。该发光装置包括光学构件、基座、和发光体。光学构件用以导引多数来自于发光体的光线朝向大致垂直于光学构件的纵轴的方向。在本发明的一实施方式中，光学构件包括喇叭状部与基部。喇叭状部包括形成凹口的上表面、连接至上表面并呈弯曲状的侧表面、以及连接至基部的下表面。在本发明的另一实施方式中，在上表面上形成凸透镜。因为本发明可连接较薄的光学透镜，因此可降低整体尺寸，还能避免出现令观测者不悦的光点。另外，根据本发明可提供具有均匀色光的LED封装或发光装置。

Description

发光装置

技术领域

本发明涉及一种发光装置，尤其涉及一种连接至光学透镜的发光体，此光学透镜可以导引光线使其大体上垂直于通过此发光装置的水平表面的纵轴。

背景技术

图1示出的是传统的发光二极管(Light Emitting Diode；LED)封装10，其包括光学透镜11、封装基座12、以及LED晶粒13。LED封装10具有纵轴15，该纵轴通过光学透镜11的中心。LED晶粒13设置于封装基座12上。封装基座12可以具有碗杯(图中未显示)，此碗杯还可以具有反射器(图中未显示)以反射发射自LED晶粒13的底面与侧面的光线使其朝向观测者。

光学透镜11连接至LED晶粒13，以接收并导引来自LED晶粒13的光线。光学透镜11具有凹穴14，以容置LED晶粒13。通过光学透镜11的凹穴14的光线可能于两个主要光径上行进。第一光径LP1为来自于LED晶粒13的光线行进至表面1102并被全反射，而以与纵轴15接近90度的角度穿越侧壁1101。第二光径LP2为来自于LED晶粒13的光线以于侧壁1101上引起全内反射或反射的角度射向侧壁1101，并以大体上非垂直于纵轴15的角度离开光学透镜11。第一光径LP1有利于制造有效的侧面发光，然而第二光径却可能引起观测者所不希望的光点。

因此，对于LED封装或发光装置而言存在一种需求，即，希望连接较薄的光学透镜以降低整体尺寸以及避免出现令观测者不悦的光点。另一需求则希望提供具有均匀色光的LED封装或发光装置。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种发光装置，其包括发光体和由透光材料构成的光学构件，该光学构件，包括有喇叭状部与基部，该喇叭状部包括：上表面，其由折射系数界面所形成，以反射来自于所述发光体的光，并在所述透光材料上形成凹口；底面，其与所述凹口相对，光通过该底面进入所述透光材料；侧表面，其为一曲面，该侧表面连接至所述上表面且靠近所述上表面，并远离所述凹口；及下表面，位于该侧表面及该基部之间，且连接于该侧表面及基部。

依据本发明一实施方式，发光装置包括光学透镜、基座、以及发光体。发光体被设置于基座的一表面上。此光学构件被装设至基座和/或发光体。此光学构件由透光材料构成，其具有喇叭状部和基部。喇叭状部包括上表面、侧表面、以及下表面。上表面形成喇叭状部的凹口，上表面由折射系数界面所形成，以反射来自于所述发光体的光，并在所述透光材料上形成凹口。侧表面，其为一曲面，该侧表面连接至所述上表面且远离所述凹口，连接至上表面并相对于纵轴倾斜，纵轴大体上垂直于基部的水平表面。此外，侧表面呈弯曲状，且优选形成为曲面。下表面，位于该侧表面及该基部之间且连接至侧表面以及基部。光学构件可以辐射对称于纵轴。此光学构件还包括底面，其与所述凹口相对，光通过该底面进入所述透光材料。依据本发明另一实施方式，光学构件朝长度方向延伸，优选其左右对称于通过光学构件的纵面。再者，透镜形成于上表面上。特别是上表面为波纹状表面。形成于上表面上的波纹的传递方向可以平行于此长度方向。透镜的半径约介于50μm～60μm之间。发光体优选沿波纹的传递方向设置。

附图说明

图1示出了一种传统的LED封装；

图2A示出了本发明的一实施方式；

图2B为图2A所示的发光装置的剖面图；

图2C为图2A所示的发光装置中的光学构件的剖面图；

图2D为光学构件的一实施方式的光迹图；

图3A为本发明另一实施方式的发光装置的剖面图；

图3B为图3A所示的发光装置的上视图；

图3C为本发明另一实施方式的发光装置的剖面图；

图3D为图3C所示的发光装置的上视图；

图4为本发明再一实施方式的立体图；

图5A为本发明另一实施方式的立体图；

图5B为图5A所示的发光装置的上视图。

附图标记说明

10 发光二极管封装

11 光学透镜

1101 侧壁

1102 表面

12 封装基座

13 LED晶粒

14 凹穴

15 纵轴

20 发光装置

21 光学构件

2101 上表面

2102 侧表面

2103 下表面

2104 凹面

2105 凹口

2106 基部

2107 凹穴

2108 台面

2109 波纹

22 基座

23 发光体

24 纵轴

30 发光装置

31 光学构件

3109 波纹

3110 传递方向

32 基座

33 发光体

34 纵面

35 纵向

具体实施方式

图2A示出了本发明一实施方式的发光装置20。发光装置20包括光学构件21、基座22、及纵轴24。光学构件21(例如透镜)连接至基座22以导引进入其中的光线。纵轴24可以通过或不通过光学构件21的中心。优选纵轴24大体上垂直于基座22的水平表面。

图2B为图2A的发光装置20的剖面图。发光体23被设置于基座22的一表面上。发光体23包括(但不限于)LED晶粒、白炽灯、荧光灯、冷阴极灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL)、以及其它可以出射光线且可以连接至光学构件21的装置。

光学构件21可以为独立的零件，并可借助于多种方式连接至基座22，该些方式包括(但不限于)螺钉固定、扣接、摩擦配合、粘接剂接合、热接合、以及超声波接合。另一方面，光学构件21可以借助于多种方式形成于基座22和/或发光体23之上，这些方式包括(但不限于)射出成形以及铸造。

光学构件21由透光材料构成。透光材料可以为透明材料或非透明材料，且发光体23所发出的光可以完全或部份通过此透明材料或非透明材料。透光材料包括(但不限于)丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚碳酸酯/聚甲基丙烯酸甲酯(PC/PMMA)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(FluorocarbonPolymer)、及硅酮(Silicone)。透光材料可以被赋予颜色，如此将使光学构件21的功能如同滤光器而可以产生所需的色光。

若将发光装置20设置于环境中充满折射系数为1的空气之中，为了产生本发明所需的光场，光学构件2 1的折射系数需介于1.4～1.8之间。光学构件21的折射系数亦可以为上述范围外的值，其取决于发光装置20所处或使用的环境。优选使光学构件21与其所处的环境的折射系数的差值介于0.45～0.5之间。

如图2B所示，光学构件21包括喇叭状部与基部2106。喇叭状部包括：上表面2101，其于透光材料上形成凹口2105；连接至上表面2101的侧表面2102；以及连接至侧表面2102的下表面2103。基部2106用以接收来自发光体23的光线，并可以具有凹穴2107，以容置发光体23。光学构件21用以导引来自于发光体23的大部分光线，使其以大体上垂直于纵轴24的方向或非直接指向观测者的方向离开光学构件21。再者，为避免在光学构件21上方形成暗点，可将来自于发光体23的少部分光线导引至大体上平行于纵轴24的方向或指向观测者的方向。

凹口2105用以形成上表面2101。优选凹口2105具有顶点，该顶点处于上表面2101的下沉处并指向发光体23。纵轴24可以通过或不通过顶点。凹口2105上可以形成反射材料或反射结构，以反射行进至上表面2101的光线。反射材料或反射结构包括(但不限于)Ag、Al、Cu、Au、Cr、反射涂料、以及分布式布喇格反射层(Distributed Bragg Reflector；DBR)。凹口2105上可以形成抗紫外光材料以保护装置中的零件，特别是保护对紫外光敏感的零件，防止其因紫外光照射而劣化。

上表面2101被设计为全内反射(Total Internal Reflection；TIR)表面，用以反射自基部2106进入的光线，并防止光线由凹口2105离开，即使如此，仍可能有部分以特定入射角入射的光线穿过上表面2105，此特定入射角随发光装置20的整体设计而变。上表面2101可以为平面或具有固定半径或两个以上半径的曲面。特别是此曲面可以具有可变半径，所述半径随上表面2101的弯曲路径而变。优选使远离凹口2105的顶点的半径大于靠近顶点的半径。

侧表面2102被连接至上表面2101并相对于纵轴24倾斜，用以导引光线至光学构件21的侧向，优选用以导引光线至大约垂直于纵轴24的方向。若侧表面2102的法线向量与纵轴24的夹角约为90度，则相当高比例穿过侧表面2102的光线将朝下方行进。然而，若侧表面2102相对于纵轴24倾斜一定角度，优选使侧表面2102的面朝上，如图2B所示，则朝下方行进的光线将减少。侧表面2102可以为平面、粗糙表面、或曲面。曲面可以为凹面、凸面、或两者的组合。凹侧表面可以分散穿过此表面的光线，而凸侧表面将聚集穿过此表面的光线。粗糙表面则可以散射光线。

下表面2103被连接至侧表面2102以及基部2106。上表面2101、侧表面2102、以及下表面2103于基部2106上方形成喇叭状部。

下表面2103与基部2106间可以形成凹面2104。来自发光体23的光若射向凹面2104可能被反射朝向凹口2105的区域，因此可以增加经由凹口2105射出的出光量。如此一来，观测者将不容易观察到发生于发光装置20的光学构件21的凹口2105上方的暗点。

基部2106内可以形成凹穴2107，以容置发光体23。凹穴2107的容积优选形成为圆锥形或角锥形。圆锥或角锥的顶点可以指向凹口2105的顶点。基部2106的台面2108可以为水平面、曲面、或斜面。光线通过倾斜一定角度的斜面可能被折射而朝大体上垂直于纵轴24的方向前进。

图2C为本发明一优选实施方式的光学构件21的剖面图。为使该图清晰起见，图2C中省略了部分轮廓线和附图标记。如图2C所示，假设光学构件21辐射对称于纵轴24，且具有105mm的直径D和14mm的高度H。凹口2105顶点的角度可以在A1与A2之间变化，其中A1是30度，A2是180度，优选A1是50度，A2是145度。侧表面2102与纵轴24之间的夹角A3可以在5度～20度之间变化。凹穴2107顶点的角度A4可以在180度内变化，优选该角度介于90度～140度之间。台面2108的斜度A5可以在60度内变化，优选其在10度内变化。侧表面2102的半径R1可以在20mm内变化，优选其在10mm内变化。凹面2104的半径R2可以在10mm内变化。上述尺寸可以根据光学构件21的比例与具体的设计而进行调整。

图2D示出了来自基部内的发射点P并穿过光学构件21的光线的光迹图。光迹L1自发射点P射向上表面2101，并因全内反射而改变方向，最后于弯曲的侧表面2102处被折射而水平地离开光学构件21。光迹L2自发射点P射出，于凹面2104与上表面2101经过两次全内反射后，再于弯曲的侧表面2102处被折射而水平地离开光学构件21。光迹L3自发射点P射向台面2108的斜面并经折射后水平地离开光学构件21。

光学构件21的形状从上视图观看可以为椭圆形、圆形、或矩形。若光学构件21相对于通过光学构件21的中心的纵轴24呈辐射对称(radialsymmetry)，则光学构件21于上视图的形状为圆形。此时，纵轴24将通过凹口2105的顶点。若光学构件21相对于将光学构件21分割为两个完全相同部分的纵面呈左右对称(bilateral symmetry)，则光学构件21于上视图的形状可以为椭圆形、圆形、或矩形。此时，纵轴24位于纵面上并通过凹口2105的顶点。

图3A～3D示出了本发明另一实施方式的光学构件21。在该实施方式中，光学构件21的上表面2101被形成为波纹表面。上表面2101的波纹2109可以环绕纵轴24，如图3A所示，或自凹口2105的最深处朝外移动，如图3C所示。图3B与图3D分别为两种波纹表面的上视图。波纹2109可以由多个凸透镜形成。此凸透镜的半径可以介于50μm～60μm之间。

图4为本发明再一实施方式的立体图。本实施方式的发光装置30包括光学构件31、基座32、发光体33、以及纵面34。光学构件31具有与上述光学构件21相似的剖面。光学构件31与光学构件21间的差异在于光学构件31形成于纵向35上并为纵面34所通过。纵向35垂直于光学构件31的剖面。纵面34可通过或不通过光学构件31的中心线，优选大体上垂直于基座32的水平面。

图5A为本发明一实施方式的具有波纹状上表面的发光装置的立体图。图5B为图5A所示的发光装置的上视图。如图5A所示，除了形成于光学构件31的上表面的波纹3109外，该发光装置31具有与图4所示的发光装置31相似的结构。如图5B所示，波纹3109沿传递方向3110前进。传递方向3110为波纹传递的方向，优选其平行或大约平行于纵向35，当然，其它方向亦可以被接受。发光体33可以被设置于光学构件31之下，优选平行于传递方向3110配置。

虽然上面已对本发明的具体实施方式进行了说明，但其并非是对本发明的限制，本领域任何技术人员在不超出本发明的构思和保护范围的前提下皆可对本发明作出种种改变和修饰，这些改变和修饰仍然落入所附权利要求请求保护的范围。

Claims

1.一种发光装置，其包括发光体和由透光材料构成的光学构件，该光学构件，包括有喇叭状部与基部，该喇叭状部包括：

上表面，其由折射系数界面所形成，以反射来自于所述发光体的光，并在所述透光材料上形成凹口；

底面，其与所述凹口相对，光通过该底面进入所述透光材料；

侧表面，其为一曲面，该侧表面连接至所述上表面且靠近所述上表面的一边缘，并远离所述凹口；及

下表面，位于该侧表面及该基部之间，且连接于该侧表面及基部。

2.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述上表面为曲面。

3.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述上表面的半径自所述凹口的最深处向外增加。

4.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述凹口形成为具有顶点的漩涡状。

5.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述侧表面为凹面。

6.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述侧表面相对于纵轴倾斜，该纵轴垂直于所述底面。

7.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述上表面与所述侧表面辐射对称于通过所述光学构件的纵轴。

8.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述上表面与所述侧表面左右对称于通过所述光学构件的纵面。

9.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述折射系数界面形成于具有不同折射系数的二种材料之间。

10.如权利要求9所述的发光装置，其中，所述二种材料的折射系数的差值介于0.45与0.5之间。

11.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述上表面包括波纹。

12.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述上表面上形成一凸透镜。

13.如权利要求12所述的发光装置，其中，所述凸透镜的半径介于50μm与60μm之间。

14.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述光学构件还包括用以容置所述发光体的凹穴。

15.如权利要求14所述的发光装置，其中，所述凹穴呈圆锥状或角锥状。

16.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述基部具有倾斜台面。

17.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述光学构件还包括形成于所述下表面与所述基部之间的凹面。

18.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述发光体选自由发光二极管、激光二极管、白炽灯、荧光灯、及冷阴极灯管所组成的组。

19.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述透光材料选自由丙烯酸树脂、环烯烃聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚碳酸酯/聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚酰亚胺、氟碳聚合物、及硅酮所组成的组。