TW201516483A - 透鏡及其製造方法以及使用該透鏡之光源模組 - Google Patents

透鏡及其製造方法以及使用該透鏡之光源模組 Download PDF

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Abstract

一種透鏡，包括與光源正對設置之入光面及與該入光面相對設置之出光面。所述出光面包括正對於入光面之第一曲面及圍繞該第一曲面設置並與該第一曲面連接之第二曲面。所述第二曲面上塗布具有微粒子之散射層。所述光源發出之正向光線直接穿過出光面之第一曲面射出，所述光源發出之側向光線穿過出光面之第二曲面及散射層而發生散射。

Description

透鏡及其製造方法以及使用該透鏡之光源模組
本發明涉及光學領域，尤其涉及一種透鏡及其製造方法以及使用該透鏡之光源模組。
相比於傳統之發光源，發光二極體（Light Emitting Diode，LED）具有重量輕、體積小、污染低、壽命長等優點，其作為一種新型之發光源，已經被越來越廣泛地應用。
傳統之發光二極體之發光角度一般在120度左右，但是在將發光二極體應用到聚光性照明產品中時，則需要對發光二極體發出之光之指向性進行改善，以使更多之光相對集中分佈在發光二極體之光軸附近。
有鑑於此，有必要提供一種能夠對光源發出光線之作出指向性改善之透鏡及其製造方法以及使用該透鏡之光源模組。
一種透鏡，包括與光源正對設置之入光面及與該入光面相對設置之出光面。所述出光面包括正對於入光面之第一曲面及圍繞該第一曲面設置並與該第一曲面連接之第二曲面。所述第二曲面上塗布具有微粒子之散射層。所述光源發出之正向光線直接穿過出光面之第一曲面射出，所述光源發出之側向光線穿過出光面之第二曲面及散射層而發生散射。
一種光源模組，包括一光源及正對該光源設置之上述透鏡。
一種透鏡之製造方法，其包括以下幾個步驟：
提供一透鏡，該透鏡包括與光源正對設置之入光面及與該入光面相對設置之出光面，所述出光面包括正對於入光面之第一曲面及圍繞該第一曲面設置並與該第一曲面連接之第二曲面；
將一玻璃擋板放置在透鏡出光面之中心以遮擋住所述第一曲面；
將具有微粒子之固化膠塗布在透鏡之出光面之第二曲面上；
去除玻璃擋板，對固化膠進行固化，從而形成一散射層。
上述之光源模組以及透鏡在使用時，光源發出之光線經透鏡之入光面進入透鏡中，其中遠離光源光軸向周圍區域出射之側向光線經透鏡之第二曲面出射後，又被散射層反射，其中部分光線會轉向相對於光源光軸以較小角度出射，從而使得該部分相對集中分佈在光源之光軸附近，由此大大提高了光源發出光線之指向性。
圖1為本發明實施方式中之光源模組之截面圖。
圖2為圖1中之光源模組之透鏡之製造方法示意圖。
圖3為圖1中之光源模組在不同條件下沿其正向出光方向所測得之輝度值變化示意圖。
請參閱圖1，本發明實施方式提供之一種光源模組100包括一光源10、正對該光源10設置之一透鏡20以及塗布在透鏡20上之散射層30。
所述光源10為發光二極體，其由氮化鎵、氮化銦鎵、氮化鋁銦鎵等半導體材料製成，其可受電流激發產生可見光。所述光源10具有一光軸I。該光源10發出之光線相對於該光軸I大致分佈於180度內之空間角內，其中大部分光線相對於該光軸I集中分佈於120度內之空間角內。
所述透鏡20由聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯等透明材料一體製成，其包括與光源10正對設置之一入光面21、與該入光面21相對設置之一出光面22及連接該入光面21與出光面22之一連接面23。所述入光面21由該透鏡20之底面中部向該透鏡20內部凹陷而形成。所述連接面23為該透鏡20之底面中圍繞該入光面21設置之環狀平面。所述出光面22包括位於所述入光面21上方之頂壁面221及自所述連接面23之外周緣向上延伸形成之、並與該頂壁面221之外周緣相對接之一側壁面222。在本實施例中，所述側壁面222為柱面，可以理解地，所述側壁面222也可以為錐面或旋轉曲面。在使用中，所述透鏡20之連接面23與用以承載所述透鏡20之安裝平面（圖未示）相貼合。所述出光面22之側壁面222之底部周緣與連接面23之外周緣相對接。在本實施例中，該透鏡20之入光面21為一自由曲面，可以理解地，該透鏡20之入光面21也可以是橢球面、球面或者抛物面。該透鏡20之入光面21圍設出一容置空間24用以收容所述光源10。
所述出光面22之頂壁面221包括一第一曲面2210及圍繞該第一曲面2210設置並與該第一曲面2210平滑連接之一第二曲面2212。
所述第一曲面2210由該透鏡20之頂面中部向該透鏡20內部凹陷而形成。在本實施例中，該第一曲面2210為一自由曲面，可以理解地，該第一曲面2210也可以是橢球面、球面或者抛物面。所述第二曲面2212朝向遠離入光面21之方向彎曲。在本實施例中，該第二曲面2212為一自由曲面，可以理解地，該第二曲面2212也可以是橢球面、球面或者抛物面。
在本實施例中，所述透鏡20為中心軸對稱結構，其具有一中心軸X。該透鏡20之入光面21關於該透鏡20之中心軸X呈中心軸對稱。該透鏡20之出光面22關於該透鏡20之中心軸X呈中心軸對稱。該出光面22之第一曲面2210關於該透鏡20之中心軸X呈中心軸對稱。該出光面22之第二曲面2212關於該透鏡20之中心軸X呈中心軸對稱。該透鏡20之連接面23垂直於該透鏡20之中心軸X。該透鏡20之連接面23垂直於側壁面222。所述光源10之光軸I與該透鏡20之中心軸X相重合設置。
所述散射層30塗布在所述透鏡20之頂壁面221之第二曲面2212上。該散射層30為含有微粒子之UV固化膠層。該微粒子可使用矽粒子和亞克力，其粒徑大小為1μm～5μm。所述微粒子在散射層30摻雜之成分比例較佳為所述散射粒子對應佔2%。
請參閱圖2，所述透鏡20之形成方法包括以下幾個步驟：
步驟1，提供所述透鏡20。
步驟2，將一玻璃擋板40放置在透鏡20之頂壁面221之中心以遮擋住第一曲面2210。該玻璃擋板40之尺寸大小與第一曲面2210之尺寸大小一致。
步驟3，將具有微粒子之UV固化膠塗布在透鏡20之頂壁面221之第二曲面2212上。
步驟4，最後去除玻璃擋板，利用UV光照射以固化UV固化膠，從而形成所述散射層30。
所述光源模組100在使用時，所述光源10發出之光線經透鏡20之入光面21進入透鏡20中，其中正向光線直接穿過透鏡20之第一曲面2210射出，遠離光源10光軸I向周圍區域出射之側向光經透鏡20之第二曲面2212出射後，又被散射層30反射，其中部分光線會轉向相對於光源10光軸I以較小角度出射。
與先前技術相比，本發明之光源模組100藉由塗布在透鏡20周邊之散射層30之反射作用，使得光源10向周圍區域發出之部分光線經散射層30之反射後又相對集中分佈在光源10之光軸I附近，即相對集中分佈在所述光源10之正向發光方向，同時也提高光源模組100正向照明之平均輝度。具體請參閱圖3，所示為本發明之光源模組100之在正向出光方向上之輝度值在不同條件下之變化示意圖，圖示縱坐標為測量所得輝度數值，橫坐標為由透鏡20正對方向上沿其周圍區域至中部區域再至周圍區域沿直線所取之21個測量區域。其中，3條輝度值曲線分別取之條件是透鏡20上不塗布散射層30、塗布含有2%微粒子之散射層30以及塗布含有5%微粒子之散射層30，透鏡20上不塗布散射層30之條件下對應之輝度值曲線之中部對應輝度值相對最小，然後隨著塗布之散射層30中之微粒子比例之增加，輝度值曲線之中部對應之輝度值（亦為最大輝度值）越來越大，同時，整個輝度值曲線對應之平均輝度值也越來越大。
100‧‧‧光源模組
10‧‧‧光源
20‧‧‧透鏡
30‧‧‧散射層
40‧‧‧玻璃擋板
21‧‧‧入光面
22‧‧‧出光面
23‧‧‧連接面
24‧‧‧容置空間
221‧‧‧頂壁面
222‧‧‧側壁面
2210‧‧‧第一曲面
2212‧‧‧第二曲面
無
100‧‧‧光源模組
10‧‧‧光源
20‧‧‧透鏡
30‧‧‧散射層
21‧‧‧入光面
22‧‧‧出光面
23‧‧‧連接面
24‧‧‧容置空間
221‧‧‧頂壁面
222‧‧‧側壁面
2210‧‧‧第一曲面
2212‧‧‧第二曲面

Claims (10)

  1. 一種透鏡，包括與光源正對設置之入光面及與該入光面相對設置之出光面，其改進在於：所述出光面包括正對於入光面之第一曲面及圍繞該第一曲面設置並與該第一曲面連接之第二曲面，所述第二曲面上塗布具有微粒子之散射層，所述光源發出之正向光線直接穿過出光面之第一曲面射出，所述光源發出之側向光線穿過出光面之第二曲面及散射層而發生散射。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中：所述微粒子為矽粒子或亞克力。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中：所述微粒子之粒徑大小為1μm～5μm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中：所述微粒子在散射層內摻雜之成分比例為2%或5%。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中：所述第一曲面朝向靠近入光面之方向彎曲，所述第二曲面為環狀曲面，並朝向遠離入光面之方向彎曲，所述第一曲面以及第二曲面為自由曲面、橢球面、球面、抛物面中之任一種。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中：所述入光面由該透鏡之底面中部向該透鏡內部凹陷而形成，所述入光面為自由曲面、橢球面、球面、抛物面中之任一種。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中：所述透鏡還包括連接所述入光面與所述出光面之連接面，該連接面為圍繞所述入光面設置之環狀平面，所述出光面與所述連接面之外周緣相對接。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之透鏡，其中：所述出光面包括位於所述入光面上方之頂壁面及自所述連接面之外周緣向上延伸形成之、並與該頂壁面之外周緣相對接之側壁面，所述頂壁面包括所述第一曲面以及第二曲面。
  9. 一種光源模組，包括一光源及正對該光源設置之透鏡，其特徵在於：該透鏡為如權利要求1-8中任一項所述之透鏡。
  10. 一種透鏡之製造方法，其包括以下幾個步驟：
    提供一透鏡，該透鏡包括與光源正對設置之入光面及與該入光面相對設置之出光面，所述出光面包括正對於入光面之第一曲面及圍繞該第一曲面設置並與該第一曲面連接之第二曲面；
    將一玻璃擋板放置在透鏡出光面之中心以遮擋住所述第一曲面；
    將具有微粒子之固化膠塗布在透鏡之出光面之第二曲面上；
    去除玻璃擋板，對固化膠進行固化，從而形成一散射層。
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