CN104421832A - 透镜及具有该透镜的发光元件 - Google Patents

透镜及具有该透镜的发光元件 Download PDF

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Abstract

一种透镜,包括底面、顶面以及侧面,所述底面与顶面相对设置,所述侧面连接在所述底面和顶面之间,该底面中部朝该顶面凹陷形成一光学曲面,该顶面朝底面方向凹入而形成圆锥面,该侧面包括第一环面和与第一环面连接的第二环面,所述第一环面与所述圆锥面连接,所述第二环面与所述底面连接,所述第一环面和第二环面上设置有若干微结构形成粗糙面。本发明还提供一种具有该透镜的发光元件。由于透镜顶面为圆锥面,该第一环面和第二环面均为粗糙面,进入该透镜部分光线经顶面反射至所述第一环面出射,部分光线直接由所述第二环面出射,使经透镜粗糙的第一环面和第二环面出射的光线发生散射而混合均匀,进而使出射光线颜色分布均匀。

Description

透镜及具有该透镜的发光元件
技术领域
本发明涉及一种光学透镜,尤其涉及一种可提高光源的出光颜色均匀度的光学透镜以及具有该透镜的发光元件。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode,LED)是一种可将电流转换成特定波长范围的光电半导体元件。发光二极管以其亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点,从而可作为光源而广泛应用于照明领域。为了更好地利用发光二极管,业界通常在对发光二极管封装后在其周围包覆一透镜对光进行二次光学校正。
现有发光二极管封装结构的出光角度一般为90度到120度,其出光角中央的光线强度较强,周围的光线强度较弱。该种光线强度不均的光线经过透镜折射后,仍具有光线强度分布不均的问题。而且,由于透镜对不同颜色的光的折射率不同,使得该发光二极管封装结构发出的光容易在透镜的外周缘产生有色光圈,导致经透镜出射的光线颜色分布不均匀,进而影响发光元件的整体出光效果。故,需进一步改进。
发明内容
有鉴于此,有必要提供一种出射光线颜色分布均匀的透镜及具有该透镜的发光元件。
一种透镜,包括底面、顶面以及侧面,所述底面与顶面相对设置,所述侧面连接在所述底面和顶面之间,该底面中部朝该顶面凹陷形成一光学曲面,该顶面朝底面方向凹入而形成圆锥面,该侧面包括第一环面和与第一环面连接的第二环面,所述第一环面与所述圆锥面连接,所述第二环面与所述底面连接,所述第一环面和第二环面上设置有若干微结构形成粗糙面。
一种发光元件,包括发光二极管光源及覆盖所述发光二极管光源的透镜,所述透镜包括底面、顶面以及侧面,所述底面与顶面相对设置,所述侧面连接在所述底面和顶面之间,所述底面中部朝所述顶面凹陷形成一光学曲面,所述顶面朝底面方向凹入而形成圆锥面,所述侧面包括第一环面和与第一环面连接的第二环面,所述第一环面与所述圆锥面连接,所述第二环面与所述底面连接,所述第一环面和第二环面上设置有若干微结构形成粗糙面,所述发光二极管光源发出的光线经所述光学曲面进入透镜,部分光线经顶面反射至所述第一环面出射,部分光线直接由所述第二环面出射。
与现有技术相比,本发明提供的透镜及发光元件中,由于透镜顶面为圆锥面,侧面包括第一环面和第二环面,该第一环面和第二环面均为粗糙面,当透镜配合发光二极管光源时,发光二极管光源发出的光线经该底面进入该透镜,部分光线经顶面反射至所述第一环面出射,部分光线直接由所述第二环面出射,使得经透镜粗糙的第一环面和第二环面出射的光线发生散射而混合均匀,进而使得所述发光元件发出的光线颜色分布均匀。
附图说明
图1为本发明一实施方式提供的发光元件的剖面示意图。
图2为图1中发光元件的侧视图。
图3为本发明另一实施方式提供的发光元件的侧视图。
主要元件符号说明
发光元件 100
发光二极管光源 10
透镜 20
基板 11
发光二极管芯片 12
封装层 13
底面 21
顶面 22
侧面 23
固定脚 24
凹槽 25
光学曲面 251
第一环面 231
第二环面 232
微结构 233
光轴 OO’
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1和图2,为本发明发光元件100的第一较佳实施例,该发光元件100包括一发光二极管光源10及覆盖该发光二极管光源10的透镜20。
具体的,该发光二极管光源10为成型的发光二极管封装体,其包括基板11,设置在基板11上的发光二极管芯片12及覆盖该发光二极管芯片12的封装层13。该发光二极管芯片12与基板11上的两电极结构(图未示)形成电性连接,以后续与印刷电路板(图未示)电性连接产生光线。该发光二极管芯片12产生的光线经该封装层13射出至该透镜20。可以理解的,所述发光二极管芯片12可以是多种不同波长的芯片组合。
所述透镜20包括底面21、顶面22、连接在底面21和顶面22之间的侧面23及设置在底面21的固定脚24。本实施例中,所述透镜20具有一个光轴OO’,且透镜20沿该光轴OO’呈轴对称。所述透镜20制作材料可以选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯以及玻璃等中的任意一种。
所述底面21与顶面22相对设置。具体的,所述底面21为平面,该底面21中部朝该顶面22凹陷形成一凹槽25,所述凹槽25具有一光学曲面251。该凹槽25靠近该底面21的一端的轮廓呈圆柱状,该凹槽25靠近顶面22的一端的轮廓成圆锥状。所述发光二极管光源10设置在该透镜20的光轴OO’上,所述封装层13抵顶于该凹槽25外围的底面21,即该封装层13的尺寸略大于该凹槽25在底面21上的开口尺寸。
所述顶面22朝该底面21方向凹入而呈圆锥面形状,该顶面22凹入的最低点高于该凹槽25朝顶面22凹陷的最高点。根据光学需要,所述圆锥面的半顶角小于或等于60度,从而使进入透镜20的部分光线在该顶面22上发生全反射,提高发光二极管光源10的出光角度。优选的,所述圆锥面的半顶角的夹角范围为30度至60度。
所述侧面23连接在该底面21与顶面22之间。具体的,所述侧面23包括第一环面231和与该第一环面231邻接的第二环面232,该第一环面231位于靠近该顶面22的一端并与该顶面22相接,该第二环面232位于靠近该底面21的一端并与该底面21相接。所述第一环面231的底端所在平面略低于该顶面22的最低点,即该第一环面231的高度略大于该顶面22凹入的深度。例如可在该顶面22的最低点与该凹槽25朝顶面22凹陷的最高点之间。本实施例中,该第一环面231大致为圆柱面形状,所述发光二极管光源10所发出的部分光线经该顶面22反射后自该第一环面231出射到外界环境。该第二环面232连接于该第一环面231与该底面21之间,该第二环面232自该第一环面231靠近该底面21的一端向外弯曲凸设形成一环形凸面。所述发光二极管光源10发出的位于大发光角度的部分光线直接经该第二环面232出射至外界环境。
所述第一环面231和第二环面232上均设置若干微结构233而形成粗糙表面,使得光线经该第一环面231和第二环面232出射后发生散射而混合均匀,进而使出射光线的颜色分布均匀。所述微结构233可经由磨砂或蚀刻等技术形成。本实施例中,每一微结构233呈圆环状凹槽连续延伸、并沿透镜20的周缘水平分布形成,也即第一微结构233的圆环状凹槽与底面平行。可以理解的,请参阅图3,其他实施例中,所述微结构233可沿透镜20的周缘纵向分布形成,从而使位于第一环面231的微结构233呈直线状凹槽,位于第二环面232的微结构233在竖直平面内延伸形成弧状凹槽。
所述固定脚24自透镜20的底面21朝远离该顶面22的方向延伸而成,用于后续将透镜20嵌设固定至印刷电路板(图未示)上。该固定脚24呈倒置的锥形柱状结构,即该固定脚24的直径沿远离透镜20底面21的方向逐渐减小。该固定脚24的高度与该发光二极管光源10的高度相等。本实施例中,该固定脚24的数量为三,所述三个固定脚24相互间隔、并环绕光轴OO’均匀设置于该透镜20的底面21上。可以理解的,该固定脚24可自透镜底面21一体延伸形成。可以理解的,其他实施例中该固定脚24也可为其他数量。
工作时,所述发光二极管光源10发出的光线经该光学曲面251进入透镜20,射向顶面22的部分光线在该顶面22处发生全反射,而朝远离透镜20光轴OO’的方向偏折向所述第一环面231进而出射。另有部分出光角度较大的光线进入透镜20后直接射向该第二环面232而折射出去。由于该第一环面231和第二环面232均为粗糙表面,使得光线经该第一环面231和第二环面232出射后发生散射而混合均匀,进而使出射光线的颜色分布均匀。
与现有技术相比,本发明提供的发光元件100中,由于透镜20顶面22为圆锥面,侧面23包括第一环面231和第二环面232,所述第一环面231和第二环面232均为粗糙面,当透镜20配合发光二极管光源10时,发光二极管光源10发出的光线经该光学曲面251进入该透镜20,进入透镜20的部分光线经顶面22反射偏折至所述第一环面231进而出射,进入透镜20的部分出光角度较大的光线直接由所述第二环面232出射,使得经透镜20粗糙的第一环面231和第二环面232出射的光线发生散射而混合均匀,进而使得所述发光元件100发出的光线颜色分布均匀。
可以理解的是,对于本领域的普通技术人员来说,可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形,而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种透镜,包括底面、顶面以及侧面,所述底面与顶面相对设置,所述侧面连接在所述底面和顶面之间,所述底面中部朝所述顶面凹陷形成一光学曲面,其特征在于:所述顶面朝底面方向凹入而形成圆锥面,所述侧面包括第一环面和与第一环面连接的第二环面,所述第一环面与所述圆锥面连接,所述第二环面与所述底面连接,所述第一环面和第二环面上设置有若干微结构形成粗糙面。
2.如权利要求1所述的透镜,其特征在于:所述第一环面呈圆柱面形状,所述第二环面自该第一环面靠近该底面的一端向外弯曲凸设形成一环形凸面,每一微结构在第一、第二环面上连续延伸形成与底面平行的圆环状凹槽。
3.如权利要求1所述的透镜,其特征在于:所述第一环面呈圆柱面形状,所述第二环面自该第一环面靠近该底面的一端向外弯曲凸设形成一环形凸面,在第一环面上的每一微结构在竖直平面内连续延伸形成直线状凹槽,在第二环面上的每一微结构在竖直平面内连续延伸形成弧状凹槽。
4.如权利要求1所述的透镜,其特征在于:所述第一环面靠近底面的一端低于所述顶面的最低点,所述第二环面自第一环面靠近底面的一端向外弯曲凸伸形成并连接该第一环面及所述底面。
5.如权利要求1所述的透镜,其特征在于:所述圆锥面的半顶角处于30度到60度之间。
6.如权利要求1所述的透镜,其特征在于:还包括若干固定脚设置在透镜底面上,所述若干固定脚相互间隔并环绕该光学曲面均匀设置在所述底面上。
7.一种发光元件,包括发光二极管光源及覆盖所述发光二极管光源的透镜,所述透镜包括底面、顶面以及侧面,所述底面与顶面相对设置,所述侧面连接在所述底面和顶面之间,所述底面中部朝所述顶面凹陷形成一光学曲面,其特征在于:所述顶面朝底面方向凹入而形成圆锥面,所述侧面包括第一环面和与第一环面连接的第二环面,所述第一环面与所述圆锥面连接,所述第二环面与所述底面连接,所述第一环面和第二环面上设置有若干微结构形成粗糙面,所述发光二极管光源发出的光线经所述光学曲面进入透镜,部分光线经顶面反射至所述第一环面出射,部分光线直接由所述第二环面出射。
8.如权利要求7所述的发光元件,其特征在于:所述第一环面呈圆柱面形状,所述第二环面自该第一环面靠近该底面的一端向外弯曲凸设形成一环形凸面,每一微结构在第一、第二环面上连续延伸形成圆环状凹槽,每一圆环状凹槽与底面平行。
9.如权利要求7所述的发光元件,其特征在于:所述第一环面呈圆柱面形状,所述第二环面自该第一环面靠近该底面的一端向外弯曲凸设形成一环形凸面,在第一环面上的每一微结构在竖直平面内连续延伸形成直线状凹槽,在第二环面上的每一微结构在竖直平面内连续延伸形成弧状凹槽。
10.如权利要求7所述的发光元件,其特征在于:所述发光二极管光源设置在所述透镜的光轴上,所述发光二极管光源抵顶于该凹槽外围的底面。
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