CN105633255B - 非球面透镜 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一方面所提供的非球面透镜包括被构造为接收从光源发射的光的入光面以及被构造为辐射由入光面接收的光的出光面,其中,出光面包括:半球状的凸出部,设置在非球面透镜的上表面上;凹入的凹陷部,包括半球状的凸出部在中心轴处彼此部分地叠置的叠置区域;侧面部,与半球状的凸出部连接;其中,半球状的凸出部中的每个半球状的凸出部的上表面包括第一平坦部。由此,将包括所述非球面透镜的发光装置应用于显示装置时,能够均匀化面板的照明度的同时显著地减小色差。

Description

非球面透镜

[0001] 本申请是申请日为2011年1月7日、申请号为201180005656.7 (国际申请号为PCT/ KR2011/000101)、题为“非球面LED透镜及包括该透镜的发光装置”的专利申请的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明涉及LED用透镜,尤其涉及非球面LED透镜及包括该LED透镜的发光装置。

背景技术

[0003] 发光二极管(Light Emitting Diode,LED)是一种随着电流的施加,根据电子和空 穴在半导体P-N结(P-N junction)结构上复合时的电位差进行发光的半导体发光装置,这 种LED以由氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAS)、磷化镓(GaP)、镓-砷-磷(GaAsl-xPx)、镓-铝-砷 (Gal-xAlxAs)、磷化铟(InP)、铟-镓-磷)(Inl-xGaxP)等构成的化合物半导体作为材料,在 以往大多应用于显示用灯或者显示如数字一样的简单的信息,但最近随着产业技术的发 展,尤其信息显示技术和半导体技术的发展,不仅在液晶显示装置等的平板显示器(FPD, Flat Panel Display)领域中应用,还在一般的照明领域中应用。

[0004] 特别是,相比现有的光源,LED在电力效率上更加突出,且寿命长好几倍,而且由于 具有不产生有害的紫外线,且环保的优点,因此最近LED作为能够代替冷阴极荧光灯(CCFL) 的光源而逐渐地更加受到关注。

[0005] 但是,LED由于点光源的特性而存在如下问题。即,LED作为显示装置的背光光源而 使用时,在LED正上方的面板上,照明度表现为较高,而在LED和LED之间的区域,照明度表现 为较低,从而导致整个面板的照明度不均匀,或者需要将LED使用为路灯照明用途时,在路 灯正下方部分较亮,而在路灯与路灯之间的路面变得非常暗,从而导致引起行人乃至驾驶 员的不便。

[0006] 具体地,对于将现有的半球形LED透镜使用为背光光源的情形作为例子进行说明。

[0007] S卩,参照图1至图3,图1为使用现有的半球形LED透镜的发光装置100的剖视图、图2 为由发光装置100发散的光的指向角曲线图,图3为将发光装置100使用为背光光源时,基于 发光装置100的排列的显示装置的面板上的照明度的曲线图。

[0008] 如图1所示,现有的发光装置100包括用于发射光的LED芯片2和控制从所述LED芯 片2发出的光的角度的半球状的LED透镜4。另外,虽然省略了图示,但是为了制造出白色光, 在所述LED芯片2上可涂布荧光物质(未图示)。

[0009] 参照图2,对于从图1的、根据现有技术所提供的发光装置100发射的光的指向角来 说,基于形成为半球状的所述透镜4的结构,LED芯片2发出的光向中心集中,因此以中心轴 为中心,光的强度最强,且越沿左右侧移动,光的强度越来越减小,从而具有对称的指向角 图案。

[0010] 据此,如图3所示,当采用现有的半球形LED透镜的发光装置100在显示装置的背光 单元内排列成一列时,在放置于发光装置100的上部的面板上的照明度曲线图将变得不均 匀,且明部和暗部反复出现。

[0011] 据此,当想要采用发光装置作为背光用光源时,急需要开发出如下的非球面LED透 镜。即,相比在发光装置的中心侧,在周边两个外侧上,光亮或光强度更强,与此同时,通常 的非球面透镜所具有的色差问题并不严重。

[0012] 并且,当想要采用发光装置作为照明用光源时,急需要开发出如下的非球面LED透 镜。即,与现有的对称的指向角图案不同,以LED用透镜的长轴和短轴方向为基准,指向角图 案成非对称形状。

发明内容

[0013] 技术课题

[0014] 本发明是为了解决上述问题而提出的,本发明的技术课题在于提供一种使从发光 二极管芯片发出的光的指向角曲线图案变化为双峰形状,且使色差最小化的非球面LED透 镜及包括该透镜的发光装置。

[0015] 本发明的技术课题在于提供一种使从发光二极管芯片发出的光的指向角曲线图 案变成以LED用透镜的长轴和短轴方向为基准非对称的形状的非球面LED透镜及包括该透 镜的发光装置。

[0016] 技术方案

[0017] 根据本发明的一方面,提供一种以中心轴为中心形成辐射状对称的非球面LED透 镜。所述非球面LED透镜的特征在于,包括所述中心轴附近凹入而下陷的出光面和由顶点位 于所述中心轴上的圆锥形面形成的入光面,所述出光面中侧面的局部形成有多个凸起。

[0018] 优选地,所述非球面LED透镜的特征在于,由液态硅胶形成。

[0019] 优选地,所述非球面LED透镜的特征在于,所述出光面包括至少两个直线部。

[0020] 优选地,所述非球面LED透镜的特征在于,所述两个直线部在所述中心轴线上相 接,且各自的倾斜度相对于水平方向为约10度以上且约40度以下。

[0021] 优选地,所述非球面LED透镜的特征在于,所述出光面由曲率半径不同的多个曲线 部的组合构成。

[0022] 优选地,所述非球面LED透镜的特征在于,所述曲率半径为约1.0以上且约5.0以 下。

[0023] 根据本发明的另一方面,提供一种色差得到改善的背光用发光装置,所述背光用 发光装置包括:壳体;发光二极管芯片,贴装于所述壳体上部;以及非球面LED透镜,形成于 所述发光二极管芯片的上部,且以中心轴为中心形成辐射状对称,在此,所述非球面LED透 镜的特征在于包括:所述中心轴附近凹入而下陷的出光面;由顶点位于所述中心轴上的圆 锥形面形成的入光面,所述出光面中侧面的局部形成有多个凸起。

[0024] 优选地,所述背光用发光装置的特征在于,在从所述发光二极管芯片发出并经过 所述非球面LED透镜的光中,整体上中央部的光亮或光强度相当于峰值的约30%至约40 %, 指向角曲线的峰值角度为约±67度。

[0025] 优选地,所述背光用发光装置的特征在于,所述非球面LED透镜由液态硅胶形成。

[0026] 优选地,所述背光用发光装置的特征在于,所述非球面LED透镜的所述出光面包括 至少两个直线部。

[0027] 优选地,所述背光用发光装置的特征在于,所述两个直线部在所述中心轴线上相 接,且各自的倾斜度相对于水平方向为约10度以上且约40度以下。

[0028] 优选地,所述背光用发光装置的特征在于,所述非球面LED透镜的所述出光面由曲 率半径不同的多个曲线部的组合构成。

[0029] 优选地,所述背光用发光装置的特征在于,所述曲率半径为约1.0以上且约5.0以 下

[0030] 优选地,所述背光用发光装置的特征在于,所述发光二极管芯片布置于所述非球 面LED透镜的所述中心轴与所述壳体相接的位置。

[0031] 优选地,所述背光用发光装置的特征在于,所述壳体包括预定深度的空腔,所述发 光二极管芯片位于所述空腔内。

[0032] 优选地,所述背光用发光装置的特征在于,所述空腔被用于封装所述发光二极管 芯片的封装材料充填。

[0033] 优选地,所述背光用发光装置的特征在于,所述非球面LED透镜通过对所述液态硅 胶和扩散剂的混合物进行注射成型而形成。

[0034] 根据本发明的又一方面,公开一种形成于发光二极管芯片的上部的非球面LED透 镜。在所公开的非球面LED透镜中,所述非球面LED透镜的长轴截面和短轴截面的形状互不 相同,所述非球面LED透镜的长轴截面包括以中心轴线为基准形成对称的第一透镜部和第 二透镜部,所述第一透镜部及所述第二透镜部具有分别在顶面包括第一平坦部和第二平坦 部的凸透镜的形状,且在所述中心轴上相互面接触而形成凹陷部。

[0035] 优选地,所述非球面LED透镜的特征在于,由所述非球面LED透镜的长轴截面的形 状引起的、来自所述发光二极管芯片的光的指向角图案在整体上呈具有双峰的形态。

[0036] 优选地,所述非球面LED透镜的特征在于,由所述非球面LED透镜的短轴截面的形 状引起的、来自所述发光二极管芯片的光的指向角图案形成为,在中央部的光强度最强,且 越向外侧移动,光的强度越减小的形态。

[0037] 根据本发明的又一方面,公开一种包括形成于发光二极管芯片的上部的非球面 LED透镜的发光装置。所公开的发光装置的特征在于包括:基板;贴装于所述基板上部的发 光二极管芯片;以及形成与所述发光二极管芯片的上部的非球面LED透镜,在此,所述LED用 透镜的长轴截面和短轴截面的形状互不相同,所述非球面LED透镜的长轴截面包括以中心 轴线为基准形成对称的第一透镜部和第二透镜部,所述第一透镜部及所述第二透镜部具有 分别在顶面包括第一平坦部和第二平坦部的凸透镜的形状,且在所述中心轴上相互面接触 而形成凹陷部。

[0038] 优选地,所述发光装置的特征在于,所述发光二极管芯片布置于所述非球面LED透 镜的所述中心轴和所述基板相接的位置与其周边。

[0039] 优选地,所述发光装置的特征在于,由所述非球面LED透镜的长轴截面的形状引起 的、来自所述发光二极管芯片的光的指向角图案在整体上呈具有双峰的形态。

[0040] 优选地,所述发光装置的特征在于,由所述非球面LED透镜的短轴截面的形状引起 的、来自所述发光二极管芯片的光的指向角图案形成为,在中央部的光强度最强,且越向外 侧移动,光的强度越减小的形态。

[0041] 优选地,所述发光装置的特征在于所述发光二极管芯片还布置于所述非球面LED 透镜的中心轴和所述基板相接的位置的周边。

[0042] 有益效果

[0043] 根据本发明的一实施例,通过使用非球面LED透镜而使光指向角曲线图案变换为 双峰形态,由此将所述非球面LED透镜采用为背光光源时,能够均匀化显示装置的照明度的 同时显著减小色差。

[0044] 并且,将采用这种非球面LED透镜的发光装置利用到显示装置时,整个面板的照明 度乃至亮度的均匀性得到提高,且消除因色差引起的斑点等,从而提高显示品质。

[0045] 根据分发明的又一实施例,非球面LED透镜的长轴方向下的指向角曲线,其峰值角 度从中心移动至左右侧,且短轴方向下的指向角曲线,其峰值位于中心部,从而能够使来自 透镜的长轴以及短轴方向的指向角曲线形成非对称形状。

[0046] 因此,将采用这种非球面LED透镜的发光装置利用为路灯照明用途时,可提供一种 照明区域随着路边沿纵向较长地形成的发光装置。

附图说明

[0047] 图1为采用现有的半球形LED透镜的发光装置的剖视图。

[0048] 图2为图1的根据现有技术所提供的发光装置而发散的光的指向角曲线图。

[0049] 图3为根据图1的发光装置的排列而形成的显示装置的面板上的照明度曲线图。

[0050] 图4为采用非球面LED透镜的发光装置的立体图。

[0051] 图5为采用非球面LED透镜的发光装置的剖视图。

[0052] 图6为根据非球面LED透镜而发散的光的指向角曲线图。

[0053] 图7为由非球面LED透镜引起的色差图。

[0054] 图8为根据本发明的一实施例而采用包括多个侧面凸起的非球面透镜的发光装置 的剖视图。

[0055] 图9为根据图8的非球面LED透镜而发散的光的指向角曲线图。

[0056] 图10为由图8的非球面LED透镜引起的色差图。

[0057] 图11的(a)、(b)、(c)分别为根据本发明的另一实施例而包括直线部的非球面LED 透镜的剖视图。

[0058] 图12的(a)及⑹分别为根据本发明的又一实施例,出光面由具有不同的曲率半径 的多个曲线部构成的非球面LED透镜的剖视图。

[0059] 图13为用于说明本发明的又一实施例所提供的非球面LED透镜的结构的立体图。

[0060] 图14为图13的非球面LED透镜的上部方向的平面图。

[0061] 图15为图13的非球面LED透镜的长轴方向的剖视图。

[0062] 图16为图13的非球面LED透镜的短轴方向的剖视图。

[0063] 图17为采用图13的非球面LED透镜的发光装置的指向角曲线图。

[0064] 图18为本发明的又一实施例所提供的非球面LED透镜的长轴方向的剖视图。

[0065] 图19为图18的非球面LED透镜的短轴方向的剖视图。

具体实施方式

[0066] 以下,参照附图详细说明本发明的实施例。以下所介绍的实施例是作为为了能够 向本领域技术人员充分地传递本发明的思想的示例而提供的。因此,本发明并不局限于以 下所说明的实施例,也可具体实现为其他的形态。并且,为了便于理解,在附图中,构成要素 的宽度、长度、厚度等有可能被夸张地表示。在整个说明书中,相同的符号表示相同的构成 有要素。

[0067] 图4及图5为采用非球面LED透镜的发光装置的立体图及剖视图,图6及图7分别为 由图4的非球面LED透镜发散的光的指向角曲线图和色差图。

[0068] 参照图4及图5,包括非球面透镜14的发光装置200可包括:形成有空腔21的壳体 20;贴装于所述壳体20的LED芯片12;充填于所述空腔21内的封装材料22;以及非球面LED透 镜14〇

[0069] 在此,非球面LED透镜14由诸如硅胶、环氧树脂、玻璃或塑料等的透光性材料形成 且其内部可分散有荧光体,而且可具备入光面141和出光面142,从而构成为相对于中心轴y 以辐射状对称的结构。

[0070] 并且,入光面141为从LED芯片12经过封装材料22而发出的光所入射的面,其形成 为顶点位于所述中心轴y上的圆锥形面,且在入光面141与封装材料22之间的空间可存在空 气层25。并且,出光面142为透过所述透镜14的光朝外部发射的面,其截面为两个鼓起的半 球形状在中心轴上部分重叠的形状,而且所述重叠的区域(中心轴周边区域)可凹入而下 陷。

[0071] 由于构成为这种结构,非球面透镜14的中心部(中心轴部分)的光亮或光强度变 弱,而非球面透镜14的外廓附近的光亮或光强度变强,从而表现为如图6的光指向角曲线 图。即,与图2进行比较时,图6的指向角曲线图变为具有峰值的峰没有形成在中心部(角度 〇),而是在两侧外廓部(约+/-67度附近)上形成两个峰的形状,且中心部的光亮或光强度相 当于峰值的约30 %〜40 %。

[0072] 因此,当采用这种非球面透镜作为显示装置的背光单元时,能够解决在LED封装正 上部的面板上形成明部,邻近于LED封装之间的区域上部的面板上形成暗部的问题,因此具 有显示装置的面板上的照明度以及亮度变均匀的优点。

[0073] 但是,当非球面透镜14没有包括扩散剂时,如图7的色差图一样,由于透镜本身的 形状,相比于现有的半球状透镜4的情形,色差表现得更严重。即,在指向角±90度内的X坐 标变化量(ΛΧ)约为〇. 047,Y坐标变化量(ΛΥ)约为0.082,由此可知,色差表现较严重。因 此,在面板上也有可能产生因色差引起的斑点(例如,黄斑乃至黄环现象)

[0074] 相反,在非球面透镜14内部包括扩散剂以解决色差问题时,由于扩散剂可能会产 生从透镜发射出的光亮变减少或对指向角图案产生影响等并不期望发生的问题,因此,仅 靠扩散剂作为用于减少色差的绝对解决方案,存在不足之处。

[0075] 以下,参照图8至图10说明本发明的一实施例所提供的非球面透镜。

[0076] 图8为根据本发明的一实施例而采用包括多个侧面凸起的非球面透镜的发光装置 的剖视图。图9及图10分别为根据图8的非球面LED透镜而发散的光的指向角曲线图和色差 图。

[0077] 参照图8,发光装置1000可包括形成有空腔321的壳体320、LED芯片322、封装材料 323以及非球面LED透镜360。

[0078] 在此,壳体320形成有以预定深度凹陷的空腔321,所述空腔321可形成为包围LED 芯片322的结构。优选地,空腔321的深度形成为LED芯片322的高度以上。

[0079] 并且,封装材料323为充填于空腔321内的透光性材料(例如,硅胶、环氧树脂等), 其封盖LED芯片322而进行封装,由此能够保护LED芯片322。

[0080] 并且,所述LED芯片322贴装于所述壳体320上面,该LED芯片322例如是发出430nm 至480nm波长的蓝色发光二极管芯片,或者是发出350nm至410nm波长的UV发光二极管芯片, 根据实施例的不同,LED芯片322可变更为发出其他颜色光的LED芯片,本发明的范围并不限 制为特定LED芯片。

[0081] 并且,所述LED芯片322安装于壳体320上面,且可贴装于非球面LED透镜360的中心 轴和壳体320相接的位置。即,可布置于非球面LED透镜360的中心,且非球面LED透镜360可 利用粘接剂接合于包括LED芯片322的壳体320的上面或者以其他方式结合于所述壳体320 的上面。另外,在图8中,示出了在非球面LED透镜360的内部存在有一个LED芯片322的情形, 但是利用多个LED芯片的情形也包含于本发明的范围内。即,多个LED芯片可布置于LED透镜 360的中心轴(或者中心)以及其周边。

[0082] 并且,虽然未图示,但是可以将荧光物质直接涂布于LED芯片322上部,或者包含于 构成非球面LED透镜360的树脂中,或者包含于封装材料323中,其中所述荧光物质能够将从 LED芯片322发出的光作为激发源而产生特定颜色的光。即,例如,若所述LED芯片322为由发 出430nm至480nm波长的光的半导体成分构成的蓝色发光二极管芯片,则可通过布置将该光 的一部分作为激发源而发出黄绿色或黄色的光的荧光体,根据LED芯片322的蓝色发光和荧 光体的黄绿色或黄色发光而获得白色光。

[0083] 并且,非球面LED透镜360具有入光面361和出光面362,且可构成为相对于中心轴y 以辐射状对称的结构。

[0084] 并且,入光面361为从LED芯片322经过封装材料323而发出的光所入射的面,其形 成为顶点位于所述中心轴y上的圆锥形面,且在入光面361与封装材料323之间的空间可存 在空气层324。并且,出光面362为透过所述透镜360的光朝外部发射的面,其为两个鼓起的 半球形状C1、C2在中心轴上局部重叠的形状,且所述重叠的区域(中心轴周边区域)可凹入 而下陷。并且,在出光面中的侧面局部可包括多个凸起或粗糙部363,优选为,可从出光面由 最高高度变低的位置开始(例如,以包括出光面的透镜的整个宽度为基准,从两端至所述宽 度的约1/4至1/3的位置开始),直至透镜的末端为止的区域上形成多个凸起。并且,所述多 个凸起363例如可通过如下方式形成。即,利用喷沙器(sandblast)在模具本身上形成自非 球面透镜360表面起高度为约0.4μπι至约Ιμπι的凸起(粗糙部)之后,利用所述模具对后述的 液态硅胶进行注射成型,由此形成所述多个凸起363。

[0085] 与现有的半球形透镜4不同地,非球面透镜360在透镜中心部(中心线部分)上的光 亮或光强度变小,而在透镜外廓附近上的光亮或光强度却增加,从而表现为如图9所示的光 指向角曲线图。

[0086] 具体地,图9的指向角图为具有峰值的峰没有形成在中心部(角度0),而是在外廓 部(约+/-67度附近)形成两个峰的形状,且两个峰,即峰到峰(peak-to-peak)之间的角度约 为110度,中心部的光亮或光强度约为峰值的30%〜40 %,更加准确地来说,相当于约36 %。 即,由于形成了侧面凸起363,原来的指向角曲线的图案并没有发生变化,因此在这一点上 可以说是与利用扩散剂时的色差减小的情形不同。

[0087] 接着,参照图10可以知道采用图8的非球面LED透镜360的情形的色差程度,具体地 可以知道,在指向角± 90度以内的X坐标变化量(ΛΧ)约为O . 028,Y坐标变化量(ΛΥ)约为 0.049,从而与图7所示的色差图(ΛΧ=约0.047,ΛΥ=约0.082)不同,X坐标变化量(ΛΧ)以 及Y坐标变化量ΛΥ减小较多,改善了色差。

[0088] 由此得到结论,当采用包括侧面凸起363的非球面透镜360作为显示装置的背光单 元时,不仅能够使显示装置的面板上的照明度以及亮度变得均匀,而且还能够消除因色差 引起的斑点(例如,黄斑乃至黄环现象)。并且,当不使用扩散剂而通过形成侧面凸起363来 改善色差时,也不存在经过透镜的光亮的减少,因此不会降低亮度。

[0089] 另外,在制造根据本发明所提供的非球面LED透镜360时,可利用如硅胶、环氧树 月旨、玻璃以及塑料等透光性材料,但是其中若使用液态娃胶(Liquid Silicone Rubber, LSR),则由于液态硅胶具有较低的粘度而柔软性较好,而且相比于现有的粘接性硅胶,在高 温下粘度降低较少,因此可加工性得到提高。并且,由于液态硅胶具有较低的粘度,因此可 实现利用了注射成型的自动化生产,且生产效率非常高,并且由于不具有与模具的脱模性, 因此尤其在模具表面进行过喷砂作业时,也没有透镜的界面现象,因此容易成型出透镜的 粗糙部或多个凸起。

[0090] 并且,根据实施例,可通过在制造非球面LED透镜360时所利用的硅胶中混合扩散 剂来进一步减小色差,例如,可通过对参入液态硅胶和SiO2扩散剂的混合物进行注射成型 来生产非球面LED透镜。但是,当包括扩散剂时,与改善色差相应地,由于扩散剂而有可能使 光亮降低或者导致指向角图案与如图9所示的图案存在差异,因此需要调节扩散剂的配合 比。

[0091] 根据试验,本发明人了解到,例如扩散剂以相对于整个混合硅胶约为0.3%至04% 进行混合时,能够形成发出所期望的亮度的同时色差得到改善的非球面透镜。但是,本发明 并不局限为特定扩散剂的种类或其混合比率。

[0092] 图11的(a)、(b)、(c)分别为根据本发明的另一实施例而包括直线部的非球面LED 透镜的剖视图。但是,为了简化说明,将省略对于在之前的实施例中所说明的非球面LED透 镜的重复说明。

[0093] 参照图11的(a),出光面可包括直线部,具体而言,非球面LED透镜400的出光面可 包括凹陷部附近的直线部420、包括曲线的侧面部440以及夹在其之间的直线部430。但是, 如图11的(c)所示,非球面透镜的出光面可仅在凹陷部附近包括直线部420,而不包括直线 部430。即,根据本实施例的非球面LED透镜的出光面可包括在中心轴y上相接的至少两个直 线部420。

[0094] 并且,在图11的(a)的非球面LED透镜400a中,直线部420相对于水平方向约以18度 的角度倾斜,在图11的(b)的非球面LED透镜400b中,直线部420约以30度的角度倾斜,在图 11的(c)的非球面透镜400c中,直线部420约以40度的角度倾斜。

[0095] 此时,对于基于图11的(a)至(c)的各个非球面透镜的色差程度以及在面板上部的 黄斑产生与否进行观察时,如下表1所示。

[0096] 【表1】

Figure CN105633255BD00091

Figure CN105633255BD00101

[0098] S卩,观察色差程度时,对于指向角90度以内的X,Y坐标变化量(ΛΧ,ΛΥ)而言,透镜 400a 的情形为 ^1 = 0.021//^7 = 0.069,透镜 400b 的情形为 Ax = OJieziAy = 0.038,透镜 400c的情形为△1 = 0.032/八7 = 0.072,而且与透镜40(^、40013不同,透镜400(3中因色差而 产生了黄斑。

[0099] 由此可以得到结论,若非球面透镜400的出光面为包括在中心轴y上相接的至少两 个直线部420的形状,则当其各自的直线部420与水平方向构成的角度为约35度至约40度以 上时,色差开始突显。

[0100] 据此,当根据本发明的另一实施例欲制造出包括直线部的非球面透镜时,在透镜 的形状外观设计上需要注意的是,邻近于非球面透镜的凹陷部的直线部的倾斜度在大于约 35〜45度的角度时色差可能表现为较严重,而且相对于水平方向,需要将所述直线部的倾 斜度调节为约10度以上且约40度以下。

[0101] 另外,在图11的(a)至(c)中,为了简化附图,示出了在侧面部440上没有形成专门 的粗糙部或多个凸起的情形,但是对于本领域技术人员来说应当理解,根据实施例,以减少 色差为目的,在侧面部440上还可形成粗糙部。

[0102] 图12的(a)及⑹分别为根据本发明的又一实施例,出光面由具有不同的曲率半径 的多个曲线部构成的非球面LED透镜的剖视图。但是,为了简化说明,将省略对于在之前的 实施例中所说明的非球面LED透镜的重复说明。

[0103] 参照图12的(a)及(b),非球面LED透镜500的出光面520并不是只有一个曲率半径 的曲线形态,构成出光面520的曲线部的曲率半径可按照区域形成为不同。即,所述出光面 520可以由曲率半径不同的多个曲线部的组合构成。具体地,在图12的(a)中,出光面520由 曲率半径分别相当于Rl = 1.39和R2 = 1.46的曲线部的区域构成,在图12的⑹中,出光面 520由曲率半径分别相当于Rl = 0.5和R2 = 1.054的曲线部的区域构成.

[0104] 即,图12的(a)中,大部分出光面520由曲率半径大卿,曲率小)的曲线部形成,即, 图12的(b)中,大部分出光面520由曲率半径小(S卩,曲率大)的曲线部形成。并且,在各自的 情形下,对于色差的程度和面板上部的黄斑产生与否进行观察时,如下表2所示。

[0105] 【表2】

Figure CN105633255BD00102

[0107] 即,观察色差程度时,对于指向角90度以内的X,Y坐标变化量(ΛΧ,ΛΥ)而言,在具 有由曲率半径大体上较大的曲线部构成的出光面520的透镜500a的情形中Ax = OJVAy = 0.072,在即便局部区域也包括有曲率半径相对较小的曲线部的透镜500b的情形中Ax = 0.072/Ay = 0.109,而且在透镜500b的情形中因色差而在面板上产生了黄斑或黄环,这与 透镜500a的情形不同。

[0108] 由此可以得出结论,在形成非球面透镜500时,在局部出光面区间的曲率半径较小 的区域中,色差被突显。

[0109] 据此,当根据本发明的又一实施例欲制造出使曲率半径按区域形成为不同的非球 面LED透镜时,在透镜的形状外观设计上需要注意的是,在曲率半径小于约1.3的较小的区 域中有可能色差表现得比较严重,应将曲率半径调节成约1.0以上且约5.0以下。

[0110] 另外,在图12的(a)及⑹中,为了简化附图,示出了在侧面部上没有形成专门的粗 糙部或多个凸起的情形,但是对于本领域技术人员来说应当理解,根据实施例,以减少色差 为目的,在所述侧面部上还可形成粗糙部。

[0111] 以下,参照图13及图14说明本发明的又一实施例的非球面LED透镜2200。图13为用 于说明本发明的一实施例所提供的非球面LED透镜2200的立体图,图14为在上方观察图13 的非球面LED透镜2200的上部平面图。

[0112] 参照图13,本发明的非球面LED透镜2200可以由第一透镜部2210和第二透镜部 2220以及支撑部2230构成,第一透镜部2210和第二透镜部2220 (以下,称为“透镜部”)为以 中心轴Y轴为基准相对称的形状,具有类似于半球状的形状,且相互面接触,从而除去支撑 部2230的非球面LED透镜2200的整体形状的上部平面形状类似于落花生的形状,如图14所 不。

[0113] 具体地,参照图14,本发明的非球面LED透镜2200的透镜部为用点划线表示的两个 半球状凸透镜相互面接触的形状,但是透镜的侧面2340、2340 \ 2440、2440 /从圆形的点划 线朝箭头方向被移动至内侧。如此地,第一透镜部2210和第二透镜部2220面接触而具有落 花生形状的瘦长的透镜部的形状,因此指向角图案与图1所示的现有的LED用透镜4不同。并 且,通过调节侧面23403340^2440344()/被移动的程度,可以调节发光装置进行照明的区 域的横向宽度。即,侧面2340、2340\2440、2440/朝内侧移动得多而非球面LED透镜2200的 厚度变得越薄,照明区域的宽度可以变得越窄。

[0114] 另外,支撑部2230为非限制性的,例如,可以在形成第一透镜部2210和第二透镜部 2220时与之一体地形成,或者与此不同地,可以单独制造之后粘贴于第一透镜部2210和第 二透镜部2220。并且,支撑部2230覆盖贴装有LED芯片2120 (参照图15)的基板2240的上面, 由此不仅覆盖LED芯片2120,而且还覆盖与形成于LED芯片2120的上部的电极电连接的焊线 (未图示)以及为了向所述LED芯片2120供应电源而形成于基板2240的上面的图案电极(未 图示),由此避免这些暴露于空气中,并能够保护为不受外部冲击或湿气的影响。并且,支撑 部2230的从底面至上面的高度优选为高于LED芯片2120的高度或与LED芯片2120的高度相 同。

[0115] 此外,根据本发明所提供的非球面LED透镜2200的透镜部的详细结构参照图15及 图16来进一步说明,其中图15及图16为关于采用所述非球面LED透镜2200的LED封装件,即 发光装置2000的图。

[0116] 图15为采用图13所示的非球面LED透镜2200发光装置2000,其为非球面LED透镜 2200的长轴方向的剖视图,即在图13中沿着切割线AA/截取的剖视图,图16为采用图13所示 的非球面LED透镜2200的发光装置2000,其为非球面LED透镜2200的短轴方向的剖视图,即 在图13中沿着切割线BB/截取的剖视图。另外,在图15及图16中仅示出有本发明的特征性的 构成要素,对于如引线框架、电路或电气布线等虽然被应用于发光装置2000的运行或其他 功能但与本发明的思想直接的关联性较少的构成要素,为了简化附图,省略了其图示。

[0117] 如图15及图16所示,本发明的一实施例所提供的发光装置200可包括下部基板 2240、贴装于所述基板2240上的LED芯片2120以及非球面LED透镜2220。

[0118] 在此,对于所述下部基板2240而言,只要是能够高密度地贴装LED芯片2120的基 板,则任何基板都可以。虽然并不进行限制,但是例如,作为这种下部基板可列举氧化铝、石 英(quartz)、错酸|丐(calcium zirconate)、镁橄榄石(forsterite)、SiC、石墨、恪融石英 (fusedsilica)、多错红柱石(mullite)、堇青石(cordierite)、氧化错(zirconia)、氧化铍 (beryllia)以及氮化错(aluminum nitride)、低温共烧陶瓷(LTCC,low temperature Co-fired ceramic)等。陶瓷通过在其上面形成金属导体布线图案并经过烧结工艺而可以使用 为多层陶瓷封装件(multi-layer ceramic package,MLP)。作为这种封装件使用时,在气密 性方面较优异。

[0119] 并且,虽然未图示,但是在所述下部基板2240形成有图案电极(未图示),图案电极 (未图示)使用包括导电性优异的铜或铝的金属物质来制造,且对应于LED芯片2120的阳极 和阴极,各个图案电极相互分离而形成。

[0120] 并且,所述LED芯片2120例如为发出430nm至480nm波长的光的蓝色发光二极管芯 片或者发出350nm至410nm波长的光的UV发光二极管芯片,且可根据实施例,LED芯片2120可 变更为发出其他颜色光的LED芯片,本发明的范围并不局限于特定的LED芯片。

[0121] 在此,所述LED芯片2120安装于基板2240上面,且可贴装于LED透镜2200的中心轴Y 轴和基板相接的位置。即,可布置于非球面LED透镜2200的中心,非球面LED透镜2200可利用 粘接剂接合于包括LED芯片2120的基板2240的上面或者以其他方式结合到所述基板2240的 上面。另外,在附图中,示出了在LED透镜2200的内部存在有一个LED芯片2120的情形,但是 利用多个LED芯片的情形也包含于本发明的范围内。

[0122] 并且,虽然未图示,但是本领域技术人员应当理解,荧光物质可布置于LED芯片 2120的上部,其中所述荧光物质能够将从LED芯片2120发出的光作为激发源而产生特定颜 色的光。即,例如,若所述LED芯片2120为由发出430nm至480nm波长的光的半导体成分构成 的蓝色发光二极管芯片,则可通过布置将该光的一部分作为激发源而发出黄绿色或黄色的 光的荧光体,根据LED芯片2120的蓝色发光和荧光体的黄绿色或黄色发光而获得白色光。并 且,所述荧光物质可直接涂布于LED芯片2120的上部,或者可以以包含于构成所述非球面 LED透镜2200的树脂中的形态构成,或者以专门的荧光体片的形态构成。

[0123] 并且,所述非球面LED透镜2200起到通过改变从LED芯片2120发出的光的行进方向 来调节光指向角的作用,所述非球面LED透镜2200例如可由诸如硅胶、环氧树脂、玻璃或塑 料等的透光性材料形成。

[0124] 观察所述非球面LED透镜2200的结构可知,包括以中心轴Y轴为中心呈相互对称形 状的第一透镜部2210及第一透镜部2220,且支撑部2230可相对于所述第一透镜部2210及第 二透镜部2220形成于下部。即,所述第一透镜部2210及所述第二透镜部2220相互面接触,所 述面接触的截面形状如图16所示,可具有透镜中央部2510鼓起的形状。

[0125] 再次参照图15,非球面LED透镜2200的长轴截面以Y轴为基准左右对称地形成有第 一透镜部2210和第二透镜部2220,第一透镜部2210可包括第一倾斜部2310、第一平坦部 2320以及第一鼓起部2330,第二透镜部可包括第二倾斜部2410、第二平坦部2420以及第二 鼓起部2430。由此,第一倾斜部2310和第二倾斜部2410、第一平坦部2320和第二平坦部2420 以及第一鼓起部2330和第二鼓起部2430分别相互对称,且长度可以相同。

[0126] 具体地,第一平坦部2320和第二平坦部2420分别为第一透镜部2210和第二透镜部 2220的顶面且是平坦(flat)的区域(参照图14),构成直线结构,第一倾斜部2310及第二倾 斜部2410分别连接于第一平坦部2320及第二平坦部2420的一端,且作为曲面,可以面向中 心轴Y轴倾斜。据此,第一倾斜部2310和第二倾斜部2410结合于中心轴Y轴而整体上可形成 为在非球面LED透镜2200的中央部凹陷的截面形状。并且,第一鼓起部2330和第二鼓起部 2430分别连接于第一平坦部2320和第二平坦部2420的另一端,且作为曲面,可具有面向非 球面LED透镜2200的外侧鼓起的形状。在此,所述第一倾斜部2310 (或者第二倾斜部2410)的 曲率和第一鼓起部2330 (或者第二鼓起部2430)的曲率可以不相同,也可以相同。

[0127] 根据构成非球面LED透镜2200的树脂和空气之间的折射率差以及第一透镜部2210 和第二透镜部2220的外表面的倾斜的角度,从LED芯片2120发射的光朝远离中心轴Y轴的方 向折射而发出。在图15中用箭头简略地示出了从LED芯片2120发出的光的路径。并且,从非 球面LED透镜2200发出的光的指向角曲线在图17中示出。对于非球面LED透镜2200的指向角 曲线,将在后面进行说明。

[0128] 此时参照图16时,图16为在图13中以BB /线为基准进行剖切的截面。

[0129] 非球面LED透镜2200的短轴截面可包括透镜中央部2510、分别连接于所述透镜中 央部2510的两端的第一面2520以及第二面2530、还有支撑部2230。从附图中可知,非球面 LED透镜2200的短轴截面为整体上呈透镜中央部2510鼓起的凸字形状,这与图15所示的非 球面LED透镜2200的长轴截面的形状不相同。

[0130] 与图15相同地,在图16中用箭头简略地示出了从LED芯片2120发出的光的路径,从 图16可以知道,与图15的情况不同地,在非球面LED透镜2200的第一面2520和第二面2530, 光朝透镜中心轴方向折射,从而整体上多个光朝LED芯片2120的上部发射。

[0131] 以下,参照图17说明由根据本发明所提供的非球面LED透镜2200引起的发光装置 2000的光指向角图案。在图17中,虚线表示基于透镜的长轴截面形状的指向角曲线,实线表 示基于透镜的短轴截面形状的指向角曲线。

[0132] 参照图17,当利用所示非球面LED透镜2200时,基于该透镜的长轴截面形状的指向 角曲线具有如下的指向角图案,S卩,在透镜中央处光强度相对变小,而在该透镜左右侧外廓 处光强度增加为较大,从而整体上如字母M字一样。与此相反,从基于非球面LED透镜2200的 短轴截面形状的指向角曲线可以知道,光被集中到透镜中央,从而光强度相对变大,且越往 外廓,光强度越变小。

[0133] S卩,由非球面LED透镜2200的长轴截面引起的指向角曲线和短轴截面引起的指向 角曲线互不相同,从而形成非对称的指向角图案。

[0134] 特别是,对于基于图13的非球面LED透镜2200的长轴截面的指向角曲线来说,左右 侧峰值角度(peak angle)约为50〜70度,中心部分的光的强度相对于峰值约为40〜50%。 相反,对于基于非球面LED透镜2200的短轴截面的指向角曲线来说,指向角约为70〜90度。

[0135] 因此,若采用本发明所提供的非球面LED透镜2200,则以所述非球面LED透镜2200 的长轴面为基准来看时,光朝左右侧广泛地发散,因此将采用所述非球面LED透镜2200的发 光装置2000使用为路灯照明用途时,可利用从各所述发光装置2000发出的光,沿着路边较 长地形成照明区域。并且,以非球面LED透镜2200的短轴面为基准来看时,光被集中至透镜 中央,因此对于以路灯为基准具有预定宽度的道路,相对除此之外的区域能够以更高的亮 度进行照明。也就是说,采用本发明所提供的非球面LED透镜2200的发光装置2000,其沿着 透镜的长轴及短轴方向发出的光的图案不相同,因此当应用于路灯时,具有可适合于道路 情况有效地对照明区域进行照明的优点。

[0136] 图18及图19为采用本发明的另一实施例所提供的非球面LED透镜3300的发光装置 3000的图。图18为沿非球面LED透镜3300的长轴方向的剖视图,图19为沿非球面LED透镜 3300的短轴方向的剖视图。其中,在图18及图19中仅示出有本发明的特征性的构成要素,对 于如引线框架、电路或电气布线等虽然被应用于发光装置3000的运行或其他功能但与本发 明的思想直接关联性较少的构成要素,为了简化附图,省略了其图示。以下,对于与图15及 图16对应的部分,将省略重复的说明,

[0137] 如图18及图19所示,本发明的另一实施例所提供的发光装置3000可包括下部基板 3240、贴装于所述基板3240上的LED芯片3120以及非球面LED透镜3300。

[0138] 在此,所述下部基板3240可包括以预定深度凹入而下陷的空腔,这与图15及图16 示出的发光装置2000不同。因此,如后述那样,本发明的另一实施例所提供的非球面LED透 镜3300与非球面LED透镜2200不同地,即使不包括支撑部,LED芯片3120也贴装于所述空腔 内部,因此LED芯片3120可由非球面LED透镜3300来保护。

[0139] 并且,所述LED芯片3120例如为发出430nm至480nm波长的光的蓝色发光二极管芯 片或者发出350nm至410nm波长的光的UV发光二极管芯片,且可根据实施例,LED芯片3120可 变更为发出其他颜色光的LED芯片,本发明的范围并不局限于特定的LED芯片。

[0140] 在此,所述LED芯片3120如前所述安装于形成于基板3240的空腔内部,且可贴装于 LED透镜3300的中心轴Y轴和基板相接的位置。即,可布置于非球面LED透镜3300的中心,非 球面LED透镜3300可利用粘接剂接合于包括LED芯片3120的基板3240或者以其他方式结合 到所述基板3240的上面。另外,在附图中,示出了在LED透镜3300的内部存在有一个LED芯片 3120的情形,但是利用多个LED芯片的情形也包含于本发明的范围内。

[0141] 并且,虽然未图示,但是本领域技术人员应当理解,荧光物质可涂布于LED芯片 3120的上部,或者可以以包含于构成所述非球面LED透镜3300的树脂中的形态布置,或者以 专门的荧光体片的形态构成,其中所述荧光物质能够将从LED芯片3120发出的光作为激发 源而产生特定颜色的光。

[0142] 并且,所述非球面LED透镜3300起到通过改变从LED芯片3120发出的光的行进方向 来调节光指向角的作用,所述非球面LED透镜3300例如可由诸如硅胶、环氧树脂、玻璃或塑 料等的透光性材料形成。

[0143] 观察所述非球面LED透镜3300的结构可知,包括以中心轴Y轴为中心呈相互对称形 状的第一透镜部3211及第二透镜部3221,且如前所述可以不形成支撑部。所述第一透镜部 3211及所述第二透镜部3221相互面接触,所述面接触的截面形状如图19所示,可具有透镜 中央部3511鼓起的形状。

[0144] 再次参照图18,非球面LED透镜3300的长轴截面以Y轴为基准左右对称地形成有第 一透镜部3211和第二透镜部3221,第一透镜部3211可包括第一倾斜部3311、第一平坦部 3321以及第一鼓起部3331,第二透镜部可包括第二倾斜部3411、第二平坦部3421以及第二 鼓起部3431。据此,第一倾斜部3331和第二倾斜部3411、第一平坦部3321和第二平坦部3421 以及第一鼓起部3331和第二鼓起部3431分别相互对称,尤其由于第一倾斜部3331和第二倾 斜部3411以及第一鼓起部3331和第二鼓起部3431对称,因此不仅各自的曲线的长度相同, 曲率也可以相同。

[0145] 具体地,第一平坦部3321和第二平坦部3421分别为第一透镜部3211和第二透镜部 3221的顶面且形成为平坦(flat)的区域,从而构成直线结构,第一倾斜部3311及第二倾斜 部3411分别连接于第一平坦部3321及第二平坦部3421的一端,且作为曲面,可以面向中心 轴Y轴倾斜。据此,第一倾斜部3311和第二倾斜部3411结合于中心轴Y轴而整体上可形成为 在非球面LED透镜3300的中央部凹陷的截面形状。并且,第一鼓起部3331和第二鼓起部3431 分别连接于第一平坦部3321和第二平坦部3421的另一端,且作为曲面,可具有面向非球面 LED透镜3300的外侧鼓起的形状。在此,所述第一倾斜部3311 (或者第二倾斜部3411)的曲率 和第一鼓起部3331 (或者第二鼓起部3431)的曲率可以不相同,也可以相同。

[0146] 根据构成非球面LED透镜3300的树脂和空气之间的折射率差以及第一透镜部3211 和第二透镜部3221的外表面的倾斜的角度,从LED芯片3120发出的光朝远离中心轴Y轴的方 向折射而发出。

[0147] 此时参照图19时,非球面LED透镜3300的短轴截面包括透镜中央部3511、分别连接 于所述透镜中央部3511的两端的第一面3521以及第二面3531,而且与非球面LED透镜不同 地,可以不包括支撑部。在非球面LED透镜3300的第一面3521和第二面3531,光朝透镜中心 轴方向折射,从而整体上多个光朝LED芯片2120的上部发出。

[0148] 因此,由非球面LED透镜3300引起的指向角图案具有前述的非球面LED透镜的指向 角图案,即与图17相同的形状。即,当利用所示非球面LED透镜3300时,基于该透镜的长轴截 面形状的指向角曲线具有如下的指向角图案,即,在透镜中央处光强度相对变小,而在该透 镜左右侧外廓处光强度增加为较大,从而整体上如字母M字一样。与此相反,在基于短轴截 面形状的指向角曲线中,光被集中到透镜中央,从而光强度相对变大,且越往外廓,光强度 越变小。从而其结果,基于非球面LED透镜3300的长轴截面的指向角曲线和短轴截面引起的 指向角曲线互不相同,从而形成非对称的指向角图案。

[0149] 特别是,对于基于透镜3300的长轴截面的指向角曲线来说,左右侧峰值角度(peak angle)约为50〜70度,中心部分的光的强度相对于峰值约为40〜50%。对于基于透镜3300 的短轴截面的指向角曲线来说,指向角约为70〜90度。

[0150] 因此,将采用根据本发明所提供的所述非球面LED透镜3300的发光装置3000使用 为路灯照明用途时,可利用从所述发光装置3000发出的光,沿着路边较长地形成照明区域, 而且以非球面LED透镜3300的短轴面为基准来看时,光被集中至透镜中央,因此对于以路灯 为基准具有预定宽度的道路,相对除此之外的区域能够以更高的亮度进行照明。

[0151] 本发明的非球面LED透镜及发光装置并不局限于以上所述的特定的实施例,可应 用为具有多种结构的产品。

[0152] 本发明在不脱离本发明的主旨的范围内可进行修改和变形,而且相对于上述详细 的说明,本发明的范围根据权利要求书而确定,而且应当解释为,从权利要求书的意思以及 范围还有其等同概念导出的所有变更或变形的形态都包含在本发明的范围。

Claims (12)

1. 一种非球面透镜,其特征在于,所述非球面透镜包括: 入光面,被构造为接收从光源发射的光;以及 出光面,被构造为辐射由所述入光面接收的所述光, 其中,所述出光面包括: 两个半球状的凸出部,相对于中心轴对称,并设置在所述非球面透镜的上表面上; 凹入的凹陷部,包括所述两个半球状的凸出部在所述中心轴处彼此部分地叠置的叠置 区域; 侧面部,与所述半球状的凸出部连接; 所述两个半球状的凸出部中的每个半球状的凸出部的上表面包括第一平坦部。
2. 根据权利要求1所述的非球面透镜,其特征在于,所述侧面部包括曲面。
3. 根据权利要求1所述的非球面透镜,其特征在于,所述凹入的凹陷部包括曲面。
4. 根据权利要求1所述的非球面透镜,其特征在于,所述第一平坦部设置在所述叠置区 域和所述侧面部之间。
5. 根据权利要求1所述的非球面透镜,其特征在于: 所述凹入的凹陷部和所述侧面部均包括曲面; 所述第一平坦部设置在所述凹入的凹陷部的所述曲面和所述侧面部的所述曲面之间。
6. 根据权利要求1所述的非球面透镜,其特征在于,所述第一平坦部垂直于所述中心 轴。
7. 根据权利要求1所述的非球面透镜,其特征在于,所述入光面的至少一个面包括第二 平坦部。
8. 根据权利要求7所述的非球面透镜,其特征在于,平行于所述中心轴的假想线与所述 第一平坦部和所述第二平坦部交叉。
9. 根据权利要求7所述的非球面透镜,其特征在于,平行于所述中心轴的假想线与所述 第二平坦部的第一部分和所述光源交叉,使得所述第一部分与所述光源叠置。
10. 根据权利要求1所述的非球面透镜,其特征在于,所述第一平坦部以圆形形状设置 在所述凹入的凹陷部的一侧处。
11. 一种非球面透镜,其特征在于,所述非球面透镜包括: 入光面,被构造为接收从光源发射的光;以及 出光面,被构造为辐射由所述入光面接收的所述光, 其中,所述出光面包括: 凹入的凹陷部,沿着中心轴设置; 两个半球状的凸出部,相对于所述中心轴对称,并围绕所述凹入的凹陷部;以及 侧面部,与所述半球状的凸出部连接, 其中,所述两个半球状的凸出部中的每个半球状的凸出部的上表面包括第一平坦部; 所述入光面包括第二平坦部。
12. 根据权利要求11所述的非球面透镜,其特征在于,平行于所述中心轴的假想线与所 述第一平坦部和所述第二平坦部交叉。
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