CN105333395A - Led透镜及包括该led透镜的led光源 - Google Patents

Led透镜及包括该led透镜的led光源 Download PDF

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袁永刚
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Abstract

本发明公开了一种LED透镜及包括该LED透镜的LED光源，所述LED透镜除包括入射面中的中心曲面和底面以及出射面中的侧面、第一上曲面和第二上曲面外，还包括：位于所述第一上曲面和第二上曲面上的散射微结构，所述散射微结构的位置与LED光强分布中亮环的位置相对应，对经所述第一上曲面和第二上曲面射出形成亮环的光线进行散射，从而可以在不改变LED发光芯片光线主要前进方向的前提下，对其形成亮环位置的光线进行轻微散射，降低所述LED光源亮环位置处的光强，提高所述LED光源暗环位置处的光强，提高所述LED光源光强分布的均匀度。

Description

LED透镜及包括该LED透镜的LED光源
技术领域
本发明涉及LED透镜制造技术领域，尤其涉及一种LED透镜及包括该LED透镜的LED光源。
背景技术
LED属于发出一定角度光束的点光源，用于直下式液晶显示器背光源时，需要数百甚至上千三基色LED排布成一定阵列形成面光源。从点光源转化成均匀的面光源，是LED背光源的关键技术。现有技术中，通常在所述LED上安装透镜，以改变LED的光强分布。
如图1所述，现有技术中的LED透镜为轴对称的旋转实体，包括：入射面，所述入射面包括：位于所述LED透镜中心的中心曲面01以及位于所述中心曲面01四周，与所述中心曲面01相连接的底面02，其中，所述中心曲面01为球冠曲面；出射面，所述出射面包括：与所述底面02垂直连接的侧面03，与所述侧面03相连的第一上曲面04和第二上曲面05，其中，所述第一上曲面04和第二上曲面05相连接，且关于所述LED透镜的轴线对称，从而利用所述LED透镜将所述LED发出点光源光线转换成面光源光线。
但是，LED发出的光线经上述LED透镜射出后均匀度较差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种LED透镜以及包括该LED透镜的LED光源，以提高LED光源光强分布的均匀度。
为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种LED透镜，包括：
入射面，所述入射面包括：位于所述LED透镜中心的中心曲面以及位于所述中心曲面四周，与所述中心曲面相连接的底面；
出射面，所述出射面包括：与所述底面垂直连接的侧面，与所述侧面相连接的第一上曲面和第二上曲面，所述第一上曲面和第二上曲面相连接，且关于所述LED透镜的轴线对称；
此外，还包括：
位于所述第一上曲面和第二上曲面上的散射微结构，所述散射微结构的位置与LED光强分布中亮环的位置相对应，对经所述第一上曲面和第二上曲面射出形成亮环的光线进行散射。
优选的，所述散射微结构还位于所述侧面与所述底面之间的夹角在60°-90°范围的区域内，包括端点值。
优选的，所述散射微结构为平行于所述底面的环状结构。
优选的，相邻散射微结构在所述底面上的投影首尾相接。
优选的，所述散射微结构两端之间的距离为0μm-100μm，不包括左端点值。
优选的，所述散射微结构为轴对称结构。
优选的，所述LED透镜的制作工艺为注塑工艺。
一种LED光源，包括：
LED发光芯片以及上述任一项所述的LED透镜，其中，所述LED发光芯片位于所述LED透镜的中心曲面与所述LED透镜的底面所形成的腔体内，且所述LED透镜中散射微结构的位置与LED发光芯片的光强分布中亮环的位置相对应。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明实施例所提供的技术方案，除包括入射面中的中心曲面和底面以及出射面中的侧面、第一上曲面和第二上曲面外，还包括：位于所述第一上曲面和第二上曲面上的散射微结构，所述散射微结构的位置与LED光强分布中亮环的位置相对应，对经所述第一上曲面和第二上曲面射出形成亮环的光线进行散射，从而可以在不改变LED发光芯片光线主要前进方向的前提下，对其形成亮环位置的光线进行轻微散射，降低所述LED光源亮环位置处的光强，提高所述LED光源暗环位置处的光强，提高所述LED光源光强分布的均匀度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中LED透镜的结构示意图；
图2为现有技术中LED透镜中心曲面不同位置到LED发射中心的距离示意图；
图3为本发明一个实施例中所提供的LED透镜的结构示意图；
图4为本发明一个实施例中所提供的LED透镜的局部结构放大示意图；
图5为本发明一个实施例中所提供的LED透镜的局部结构光路示意图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，LED发出的光线经现有技术中的LED透镜射出后均匀度较差。
发明人研发发现，这是由于LED发出的光线本身是非均匀的，而是以其中心点为起始点，呈现亮-暗-亮的过程，即形成多个亮暗相间的环状条纹，从而导致所述LED发出的光线经过所述LED透镜后仍然形成多个亮暗相间的环状条纹，均匀度较差。
发明人进一步研究发现，所述LED透镜的中心曲面01为球冠曲面，且所述中心曲面01到发射中心(即LED)的距离R随着发射角度的增加而减小，如图2所示，R2<R1，从而可以通过调节所述中心曲面01各处到所述发射中心的距离，来调节LED发出光线经过所述LED透镜后的光强分布。但是，完全依靠所述中心曲面01各处到所述发射中心的距离R值的减小较难实现均匀的光学分布，光学设计较为困难。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种LED透镜，不仅包括：
入射面，所述入射面包括：位于所述LED透镜中心的中心曲面以及位于所述中心曲面四周，与所述中心曲面相连接的底面；
出射面，所述出射面包括：与所述底面垂直连接的侧面，与所述侧面相连接的第一上曲面和第二上曲面，所述第一上曲面和第二上曲面相连接，且关于所述LED透镜的轴线对称；
还包括：
位于所述第一上曲面和第二上曲面上的散射微结构，所述散射微结构的位置与LED光强分布中亮环的位置相对应，对经所述第一上曲面和第二上曲面射出形成亮环的光线进行散射。
相应的，本发明实施例还提供了一种LED光源，包括：
LED发光芯片以及上述的LED透镜，其中，所述LED发光芯片位于所述LED透镜的中心曲面与所述LED透镜的底面所形成的腔体内，且所述LED透镜中散射微结构的位置与LED发光芯片的光强分布中亮环的位置相对应。
由此可见，相较于现有技术中的LED透镜，本发明实施例所提供的LED透镜及包括该LED透镜的LED光源，除包括入射面中的中心曲面和底面，以及出射面中的侧面、第一上曲面和第二上曲面外，还包括：位于所述第一上曲面和第二上曲面上的散射微结构，所述散射微结构的位置与LED光强分布中亮环的位置相对应，对经所述第一上曲面和第二上曲面射出形成亮环的光线进行散射，从而可以在不改变LED发光芯片光线主要前进方向的前提下，对其形成亮环位置的光线进行轻微散射，降低所述LED光源亮环位置处的光强，提高所述LED光源暗环位置处的光强，提高所述LED光源光强分布的均匀度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
如图3和图4所示，本发明实施例提供了一种LED透镜，包括：
入射面，所述入射面包括：位于所述LED透镜中心的中心曲面1以及位于所述中心曲面1四周，与所述中心曲面1相连接的底面2；
出射面，所述出射面包括：与所述底面2垂直连接的侧面3，与所述侧面3相连接的第一上曲面4和第二上曲面5，所述第一上曲面4和第二上曲面5相连接，且关于所述LED透镜的轴线对称；
位于所述第一上曲面4和第二上曲面5上的散射微结构6，所述散射微结构6的位置与LED光强分布中亮环的位置相对应，对经所述第一上曲面4和第二上曲面5射出形成亮环的光线进行散射。
对比本发明实施例所提供的LED透镜和现有技术中的LED透镜可以发现，本发明实施例所提供的LED透镜相较于现有技术中的LED透镜，增加了位于所述第一上曲面4和第二上曲面5上的散射微结构6，所述散射微结构6的位置与LED光强分布中亮环的位置相对应，对经所述第一上曲面4和第二上曲面5射出形成亮环的光线进行散射，如图5所示，使得各个角度的光线混合，从而可以将原本应该集中到LED光源光强分布中亮环位置处的部分光线散射到LED光源光强分布中的暗环位置处，降低LED光源光强分布中亮环位置处的光强，提高LED光源光强分布中暗环位置处的光强，提高LED光源所发出光线接收面(即照射面)上光强分布的均匀度。
在本发明的一个实施例中，如图4所示，所述散射微结构6为平行于所述底面2的环状结构，从而可以保证既不改变原来光线的主要前进方向，还可以对原来光线进行轻微的散射，使得原来亮环位置处对应的光线，部分散射到与所述亮环相邻的暗环位置处，降低所述亮环位置处的光强，提供上所述暗环位置处的光强，从而提高LED发出的光线经所述LED透镜射出后的均匀度，即提高LED所发出光线的接收面上光强分布的均匀度。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，相邻散射微结构6在所述底面2上的投影首尾相接，即除了所述散射微结构6的两端外，相邻散射微结构6的投影不重叠，从而保证经所述LED透镜第一上曲面4或第二上曲面5上某一点射出的光线，不会被多个散射微结构6重复散射，影响散射效果。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的另一个实施例中，所述散射微结构6两端之间的距离优选为0μm-100μm，不包括左端点值，更优选为20μm、30μm和50μm，从而保证不改变原来光线的主要前进方向，避免由于增加所述散射微结构6而导致过度改变原来光线的前进方向，降低LED发出光线经所述LED透镜射出后的均匀度。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的又一个实施例中，所述散射微结构6优选为轴对称结构，从而使得所述亮环处的部分光强均匀散射到所述亮环两侧的暗环上，进一步提高LED发出光线经所述LED透镜射出后的均匀度。
在上述任一实施例的技术上，在本发明的再一个实施例中，所述散射微结构6还位于所述侧面3与所述底面2之间的夹角在60°-90°范围的区域内，包括端点值(即LED发出光线半光强以外的区域)，从而对大角度的光线进行散射，使得一部分光线能够射向接收面(即照射面)，一部分光线散射到额外设置的反射片上，经反射后重新射向接收面，提高所述接收面上的光能量。
需要说明的是，本发明实施例所提供的LED透镜的制作工艺优选为一体成型工艺，更优选为注塑工艺，包括：利用单点金刚石车床加工工艺，制作与本发明实施例所提供的LED透镜相对应的透镜模型；利用注塑工艺，在所述透镜模型的基础上制作本发明实施例所提供的LED透镜。
具体的，在本发明的一个实施例中，利用单点金刚石车床加工工艺，制作与本发明实施例所提供的LED透镜相对应的透镜模型时，只需在利用单点金刚石车床加工工艺，制作现有技术中的LED透镜时，并在需要制作散射微结构6的位置，将其X坐标和Y坐标沿一定方向进行一定的位移移动即可。但本发明对此并不做限定，在本发明的其他实施例中，所述LED透镜还可以由其他制作方法，具体视情况而定。
综上所述，本发明实施例所提供的LED透镜，除包括入射面中的中心曲面1和底面2以及出射面中的侧面3、第一上曲面4和第二上曲面5外，还包括：位于所述第一上曲面4和第二上曲面5上的散射微结构6，所述散射微结构6的位置与LED光强分布中亮环的位置相对应，对经所述第一上曲面4和第二上曲面5射出形成亮环的光线进行散射，从而可以在不改变LED发光芯片光线主要前进方向的前提下，对其形成亮环位置的光线进行轻微散射，使得各个出射角度的光线混合，降低所述LED光源亮环位置处的光强，提高所述LED光源暗环位置处的光强，提高所述LED所发出光线的照射面上的光强分布的均匀度。
相应的，本发明实施例还提供了一种LED光源，包括：LED发光芯片以及上述任一实施例所提供的LED透镜，其中，所述LED透镜包括：入射面，所述入射面包括：位于所述LED透镜中心的中心曲面以及位于所述中心曲面四周，与所述中心曲面相连接的底面；出射面，所述出射面包括：与所述底面垂直连接的侧面，与所述侧面相连接的第一上曲面和第二上曲面，所述第一上曲面和第二上曲面相连接，且关于所述LED透镜的轴线对称；位于所述第一上曲面和第二上曲面上的散射微结构，所述散射微结构的位置与LED光强分布中亮环的位置相对应，对经所述第一上曲面和第二上曲面射出形成亮环的光线进行散射。所述LED发光芯片位于所述LED透镜的中心曲面与所述LED透镜的底面所形成的腔体内，且所述LED透镜中散射微结构的位置与LED发光芯片的光强分布中亮环的位置相对应。
由此可见，本发明实施例所提供的LED光源中，所述LED透镜除包括入射面中的中心曲面和底面以及出射面中的侧面、第一上曲面和第二上曲面外，还包括：位于所述第一上曲面和第二上曲面上的散射微结构，所述散射微结构的位置与LED光强分布中亮环的位置相对应，对经所述第一上曲面和第二上曲面射出形成亮环的光线进行散射，从而可以在不改变LED发光芯片光线主要前进方向的前提下，对其形成亮环位置的光线进行轻微散射，使得各个出射角度的光线进行混合，降低所述LED光源亮环位置处的光强，提高所述LED光源暗环位置处的光强，提高所述LED光源照射面上的光强分布的均匀度。
本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种LED透镜，包括：
入射面，所述入射面包括：位于所述LED透镜中心的中心曲面以及位于所述中心曲面四周，与所述中心曲面相连接的底面；
出射面，所述出射面包括：与所述底面垂直连接的侧面，与所述侧面相连接的第一上曲面和第二上曲面，所述第一上曲面和第二上曲面相连接，且关于所述LED透镜的轴线对称；
其特征在于，还包括：
位于所述第一上曲面和第二上曲面上的散射微结构，所述散射微结构的位置与LED光强分布中亮环的位置相对应，对经所述第一上曲面和第二上曲面射出形成亮环的光线进行散射。
2.根据权利要求1所述的LED透镜，其特征在于，所述散射微结构还位于所述侧面与所述底面之间的夹角在60°-90°范围的区域内，包括端点值。
3.根据权利要求1或2所述的LED透镜，其特征在于，所述散射微结构为平行于所述底面的环状结构。
4.根据权利要求3所述的LED透镜，其特征在于，相邻散射微结构在所述底面上的投影首尾相接。
5.根据权利要求4所述的LED透镜，其特征在于，所述散射微结构两端之间的距离为0μm-100μm，不包括左端点值。
6.根据权利要求5所述的LED透镜，其特征在于，所述散射微结构为轴对称结构。
7.根据权利要求1所述的LED透镜，其特征在于，所述LED透镜的制作工艺为注塑工艺。
8.一种LED光源，其特征在于，包括：
LED发光芯片以及权利要求1-7任一项所述的LED透镜，其中，所述LED发光芯片位于所述LED透镜的中心曲面与所述LED透镜的底面所形成的腔体内，且所述LED透镜中散射微结构的位置与LED发光芯片的光强分布中亮环的位置相对应。
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