CN2938410Y - Led及发光装置、灯具、显示屏和发光装饰品 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种管芯周围的透明体由三个不同形状和不同作用的部分组成的LED。透明体的尾部是固定管脚的柱体部分。透明体的顶部是把光线散射出去的透镜部分。透明体的中间是把管芯射向侧面的所有光线都全反射到前表面的聚光部分。管芯发出的所有光线都汇聚到前表面，并从前表面散射到LED的前方。这种LED通过外形的变化，可以获得不同的散光角度，和圆形、椭圆形、长方形，正六边形、正五边形、正方形、三角形等多种形状的发光面。通过排布不同形状的LED，能够把LED的发光面连接成没有不发光空隙的不同形状的线条、平面，或者圆柱面、球面、曲面等，从而制作出效果更好、更亮的显示屏、灯具、装饰品等。

Description

LED及发光装置、灯具、显示屏和发光装饰品

一、涉及领域

本实用新型涉及一种半导体发光二极管，即LED，以及利用LED制作的发光装置、灯具、显示屏和发光装饰品。

二、技术背景

多年以来LED的外形大部分都是圆柱连着半个圆球，方柱连接着小方块，以及草帽形等形状的。这些外形的LED，管芯射向侧面的光线直接穿过侧面散射了出来。草帽形的LED，光线的散射角很大，在LED的侧面甚至还靠后的位置，都能够看到管芯发出的光线。目前普通的LED，几乎不能把管芯发出的光线全部散射到LED的前方。对于交通信号灯、射灯、手电等很多LED应用灯具，以及显示屏，散射到侧面的光是没有用的光，是一种浪费和缺点，有时还必须加一个反光镜，把这部分光反射到灯具的前方。而且用普通的LED做成的显示屏，或者灯具的发光面，各个LED之间有很大的空隙，这些空隙不能发光，因此不能连接成一个完整的发光面。

三、实用新型的内容

本实用新型的目的在于提供一种有聚光功能的LED，这种LED外形变化多，管芯发出的光线绝大部分都从前表面散射出去，利用这种LED能够排布成完整的发光面或者发光线条，而且发光面可以形成各种不同的立体造型，从而能够制作出很多种全新的灯具和显示屏等。

本实用新型是这样实现的，由于原理的不同，新LED管芯周围的透明体由三个不同形状和不同作用的部分组成。透明体的尾部是固定引线或者管脚的柱体部分，透明体的前部是把光线散射出去的透镜部分，透明体的中间是把管芯射向侧面的所有光线都全反射到前表面的聚光部分。LED的前表面是凸起的球面、或者多片圆柱面、或者各种造型的曲面例如椭球面等、或者是平面。沿着前表面的边角部位切开的横截面，大于柱体的横截面。前表面和柱体之间的侧面，从柱体的边缘开始，光滑的延伸扩展至前表面，或者以多片曲面组合的形式延伸扩展至前表面。放置管芯的反射杯的边缘定位于柱体相应的顶面或者低于柱体相应的顶面，管芯的最高点低于反射杯的边缘。反射杯内可以放置一个管芯，也可以放置多个管芯。

管芯射向侧面的光线，一部分被反射杯反射到前表面，从反射杯边缘开始，照射到侧面的光线与柱体顶面之间的角度逐渐增大。对于有固定斜率的圆锥面或者平的侧面，只要从反射杯边缘开始，照射到侧面的光线与侧面之间的角度，小于形成全反射的临界角(环氧树脂的折射率通常为1.56，空气的折射率为1，临界角大约为50°度)，整个侧面就都小于形成全反射的临界角，就是全反射面。对于由曲线旋转或者拉伸形成的曲面形的侧面，依据LED透明材料的折射率和空气的折射率，对侧面的多个主要部位进行分析计算、测量，使侧面的各个部位与照射到的光线之间的角度，都小于形成全反射的临界角，这样整个侧面就是全反射面。新的LED，管芯射向侧面的所有光线，都被侧面全反射到前表面。

这里特别要注意的是，前表面的边缘与侧面边缘连接部位的夹角不能过大，以免经过侧面全反射之后到达前表面的光线，在前表面上形成全反射。经过侧面全反射之后到达前表面的所有光线，与前表面之间的角度，大于透明材料形成全反射的临界角，在前表面上没有光的全反射。

管芯发出的所有光线都汇聚到前表面，并按照折射规律从前表面折射出来，散射到LED的前方。与普通的光线折射一样，伴随着光线折射出去的同时，仍有很少量的光线从前表面反射回透明材料内。

通过调整前表面和侧面的形状，以及前表面与管芯之间的距离，就可以获得具有不同散光角度的，前表面的正投影是不同形状的、只从前表面发光的多品种LED。LED内部放置多个管芯和引线，就能够制作出新一代显示屏的像素管或者变色光源。

由于LED的透明体由三个部分构成，而且前表面比固定引线的柱体大，因此正对着前表面看到的前表面的正投影，可以做成很多种形状，例如圆形、椭圆形、长方形，正六边形、正五边形、正方形、三角形等等。利用前表面的正投影是长方形、正方形、三角形等各种形状的LED，使LED的侧边，贴着另一个LED的侧边排布在一起，就能够把LED的发光面，排布成不同形状的线条、平面、或者排布成圆柱面、球面、任意造型的曲面等，而且发光面上可以没有不发光的空隙，整个面或者线条全能发光。为了一些特殊灯具或者特殊造型的发光面，前表面的正投影甚至还可以做成各种不规则的周边形状。

由于这种LED只从前表面向外发光，出光效率更高、更亮，而且能够排布成不同形状的没有不发光的空隙的显示面，这就为制作新一代LED显示屏奠定了基础，新一代LED显示屏将会具有高清晰度、高亮度、各种全新造型等优点。即便是采用圆形的LED，由于没有了侧面发出的杂散光的干扰，画面也比普通LED的显示屏清晰明亮。

这种LED的高出光效率，可以灵活排布的发光面造型，也为制作新一代具有全新结构的各种造型、各种灯光效果的LED艺术灯具、室内外照明灯具、信号灯以及广告灯等奠定了基础。

利用这种LED，还可以制作新一代的各种造型的面发光或者线发光的装饰品。

封装普通的LED时，把管芯连同引线或者管脚的顶端固定在模具内，注入调好的透明材料，透明材料固化之后，从模具内取下LED。封装这种LED的模具由两个部分构成，模具的两个部分沿着LED的轴向上下分开。模具的对接面做在前表面与侧面的对接面上，或者LED最粗的部位，或者前表面的顶角构成的面上。封装过程中，透明材料固化之后，模具上下分开，通过推动LED的引线或者管脚或者尾部，使LED从模具分开的两个部分之间脱模出来。

与其他形状的LED相比较，本实用新型利用光的全反射原理，使得管芯射向侧面的光线，全部反射到前表面，彻底解决了LED侧面的光线散失问题，首次实现了管芯发出的光线全部被利用的全聚光，提高了LED的亮度和出光效率，并且开拓性地创造出一种全新的LED发光原理，以及全新的多品种LED。利用本实用新型的LED制作的、没有不发光空隙的不同形状的线条或者平面形式的发光面、显示面，或者圆柱面、球面、任意形状的曲面等形式的发光面、显示面，为LED在各个领域的应用，带来了更加完美的效果，更高的性能指标，开辟了全新的道路和更加美好的前景。因此本实用新型从根本上大大推动LED本身，以及LED在多个应用领域的技术进步，为半导体照明的全面发展奠定了基础。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

四、附图说明

图1、是本实用新型中散光角度比较大的LED的原理示意图。

图2、是本实用新型中散光角度比较小的LED的原理示意图。

图3、是本实用新型中前表面的正投影是正六边形的LED示意图。

图4、是本实用新型中前表面的正投影是正方形的LED示意图。

图5、是本实用新型中前表面的正投影是三角形的LED示意图。

图6、是本实用新型中的前表面是长方形平面的LED示意图。

图7、是本实用新型中前表面的正投影是长方形的贴片式LED的示意图。

五、具体实施方式

图1中前表面(1)是球面，球心正好在管芯(4)的上方，球面(1)边缘的直径大于圆柱(3)的直径。模具两个部分的对接面做在球面(1)的边缘构成的平面上。圆锥形的侧面(2)与管芯(4)射来的光线(7)之间的角度，全部小于能够形成全反射的临界角，侧面(2)是一个全反射面。经过侧面(2)反射之后到达球面(1)的光线，与球面(1)之间的角度，全部大于能够形成全反射的临界角，这些光线在球面(1)上不能再形成全反射，在法线(5)的另外一边全部直接折射了出去。由于管芯(4)在球心的下面，管芯(4)直接射向球面(1)的光线(6)，在法线(5)的下面，经过球面(1)的折射，全部转向LED的前方。

图2中前表面(1)是球面，球面的半径较大，球心仍然在管芯(4)的上方，球心也可以移到管芯的下面，前表面(1)也可以是平面。从与圆柱(3)的连接部位开始，圆锥形的侧面(2)光滑地弯曲、延伸扩展到球面(1)，靠近圆柱(3)的圆锥形的侧面(2)的锥度变化比较大，这样的设计是为了照射到侧面(2)的靠近圆柱(3)的光线(7)也能够实现全反射。侧面(2)就像一个反光、聚光的罩，把管芯(4)射向侧面的光线都反射到球面(1)上，到达球面(1)的光线，在法线(5)的另外一边折射了出去。由于球面(1)相对于管芯(4)散开的角度比较小，经过球面(1)的折射之后，光线散开的角度也比较小，所以这种LED能够把光线散射到一个比较小的角度范围内。

图3所示的LED，前表面的正投影是正六边形，它的前表面是一个球面，它的侧面由1个圆锥面，被6个由曲线沿着曲线的轨迹拉伸成的曲面，切割连接组合构成。它的侧面能够把来自管芯的光线全部反射到前表面。正六边形的LED能够排布成一个完整的平的发光面，与正五边形的LED一起使用，还可以连接成一个类似足球表面的发光球面，能够用于制作各种完整的面发光的灯具。

图4所示的LED，前表面的正投影是正方形，它的前表面由4片圆柱面连接组成，它的侧面由4片平面组成，利用这种圆柱面和侧面组合形式，还可以做成正五边形、正六边形和图5所示的三角形的LED。正方形的LED能够排布成整体发光的平面、直线、圆柱面。内部放置多个管芯和引线之后，就能够制作出新一代的方形像素管。

图5所示的LED，前表面的正投影是三角形，它的前表面由3片圆柱面连接组成，侧面由3片平面组成。三角形的LED能够排布成整体发光的球面、圆柱面、平面。

图6所示的LED，前表面是长方形的平面，4个侧面是拉伸的曲面。利用这种侧面和平面，还可以制作正五边形、正六边形、正方形、三角形等形状的LED。

图7所示的贴片式LED，它的前表面由圆柱面构成，它的侧面由2片平面组成。另外两个侧面与普通LED一样，但是多个LED的这两个侧面可以彼此连接在一起，组成一个整体发光的直线，或者平面。其他图中的LED把引线换成管脚，并且把固定引线的柱体以及整个透明体做短、做小，也能做成贴片式的LED。

Claims (7)

1、一种发光二极管，即LED，管芯被封装在透明体的内部，管芯发出的光线通过透明体散射出来，其特征是：LED的透明体由三个不同形状的部分组成，透明体的尾部是固定引线或者管脚的柱体，前表面是凸起的球面、或者多片圆柱面、或者曲面、或者是平面，沿着前表面的边角部位切开的横截面，大于管脚周围的柱体的横截面，前表面和柱体之间的侧面是这样的，从柱体的边缘开始，光滑的延伸扩展至前表面，或者以多片曲面组合的形式延伸扩展至前表面，管芯放置在反射杯内，管芯的最高点低于反射杯的边缘，管芯发出的所有光线都汇聚到前表面，并从前表面折射到LED的前方。

2、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是：前表面和柱体之间的侧面，与管芯照射到侧面的所有光线之间的角度，小于LED透明材料形成全反射的临界角。

3、根据权利要求1或者2所述的发光二极管，其特征是：经过侧面反射后到达前表面的所有光线，与前表面之间的角度，大于LED透明材料形成全反射的临界角。

4、一种发光装置，其特征是：LED排布在装置的发光面上，发光装置上排布的LED的透明体由三个不同形状的部分组成，透明体的尾部是固定引线或者管脚的柱体，前表面是凸起的球面、或者多片圆柱面、或者曲面、或者是平面，沿着前表面的边角部位切开的横截面，大于管脚周围的柱体的横截面，前表面和柱体之间的侧面是这样的，从柱体的边缘开始，光滑的延伸扩展至前表面，或者以多片曲面组合的形式延伸扩展至前表面，LED内部，管芯放置在反射杯内，侧面与管芯照射到侧面的所有光线之间的角度，小于LED透明材料形成全反射的临界角，经过侧面反射后到达前表面的所有光线，与前表面之间的角度，大于LED透明材料形成全反射的临界角。

5、一种显示屏，其特征是：LED以阵列的形式排布在显示面上，显示屏的发光面上排布的LED的透明体由三个不同形状的部分组成，透明体的尾部是固定引线或者管脚的柱体，前表面是凸起的球面、或者多片圆柱面、或者曲面、或者是平面，沿着前表面的边角部位切开的横截面，大于管脚周围的柱体的横截面，前表面和柱体之间的侧面是这样的，从柱体的边缘开始，光滑的延伸扩展至前表面，或者以多片曲面组合的形式延伸扩展至前表面，LED内部，管芯放置在反射杯内，侧面与管芯照射到侧面的所有光线之间的角度，小于LED透明材料形成全反射的临界角，经过侧面反射后到达前表面的所有光线，与前表面之间的角度，大于LED透明材料形成全反射的临界角。

6、一种灯具，其特征是：LED安装在灯具的发光面上，安装在灯具上的LED的透明体由三个不同形状的部分组成，透明体的尾部是固定引线或者管脚的柱体，前表面是凸起的球面、或者多片圆柱面、或者曲面、或者是平面，沿着前表面的边角部位切开的横截面，大于管脚周围的柱体的横截面，前表面和柱体之间的侧面是这样的，从柱体的边缘开始，光滑的延伸扩展至前表面，或者以多片曲面组合的形式延伸扩展至前表面，LED内部，管芯放置在反射杯内，侧面与管芯照射到侧面的所有光线之间的角度，小于LED透明材料形成全反射的临界角，经过侧面反射后到达前表面的所有光线，与前表面之间的角度，大于LED透明材料形成全反射的临界角。

7、一种发光的装饰品，其特征是：LED安装在装饰品的上，装饰品上安装的LED的透明体由三个不同形状的部分组成，透明体的尾部是固定引线或者管脚的柱体，前表面是凸起的球面、或者多片圆柱面、或者曲面、或者是平面，沿着前表面的边角部位切开的横截面，大于管脚周围的柱体的横截面，前表面和柱体之间的侧面是这样的，从柱体的边缘开始，光滑的延伸扩展至前表面，或者以多片曲面组合的形式延伸扩展至前表面，LED内部，管芯放置在反射杯内，侧面与管芯照射到侧面的所有光线之间的角度，小于LED透明材料形成全反射的临界角，经过侧面反射后到达前表面的所有光线，与前表面之间的角度，大于LED透明材料形成全反射的临界角。

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