TWI721253B - 光學透鏡、導光罩及雙面發光裝置 - Google Patents

光學透鏡、導光罩及雙面發光裝置 Download PDF

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Abstract

一種光學透鏡，包括一基座，基座包括底面和與底面相背的頂面，底面凹陷形成收容部，收容部包括入光面，基座的頂面凸設第一出光面，基座的底面還設有位於收容部一側的第二出光面，第二出光面為自底面朝向頂面凹設的微結構部，光線由入光面進入光學透鏡，進入光學透鏡的光線包括第一部分光線和第二部分光線，第一部分光線由入光面進入光學透鏡後入射至第一出光面，再由第一出光面射出光學透鏡，第二部分光線由入光面進入光學透鏡並入射至第一出光面後，在第一出光面發生全反射至第二出光面，然後經第二出光面折射並射出光學透鏡。

Description

光學透鏡、導光罩及雙面發光裝置
本發明涉及光學技術領域，尤其涉及一種光學透鏡、一種包括有所述光學透鏡的導光罩及一種包括有所述光學透鏡的雙面發光裝置。
隨著發光二極體(Lighting Emitting Diode)技術的不斷發展，其應用已由信號顯示向照明光源領域發展，現在，LED技術已廣泛應用於道路、隧道、廠礦等場合的照明。與傳統照明光源相比，LED具有很多獨特的優點，比如發光點小、易於進行光學設計、燈具效率高等等，此外，LED能耗低、壽命長、抗震性好、綠色環保，從而成為照明技術發展最為迅速的領域之一。
LED由於是點光源，其出光方向一般需設置二次光學透鏡進行聚光和導光，且會根據不同功率的LED出射光的角度以設計二次光學透鏡以得到較優的配光曲線，以實現LED的導光及勻光，從而提升LED光源的出光效果。
但是現有技術中的二次光學透鏡只能實現單方向的導光，如此，限制了LED的應用範圍。
本發明目的在於提供一種光學透鏡、一種包括有所述光學透鏡的導光罩及一種包括有所述光學透鏡的雙面發光裝置，所述光學透鏡能實現雙面出光。
一種光學透鏡，包括一基座，所述基座包括底面和與底面相背的頂面，所述底面凹陷形成收容部，所述收容部包括有入光面，所述基座的頂面凸設有第一出光面，所述基座底面還設有位於所述收容部一側的第二出光面，所述第二出光面為自所述底面朝向頂面凹設的微結構部，光線由所述入光面進入所述光學透鏡，進入所述光學透鏡的光線包括第一部分光線和第二部分光線，所述第一部分光線由入光面進入所述光學透鏡後入射至第一出光面，再由第一出光面射出所述光學透鏡，所述第二部分光線由入光面進入光學透鏡並入射至第一出光面後，在所述第一出光面發生全反射至所述第二出光面，然後經第二出光面折射並射出所述光學透鏡。
在一個優選實施方式中，所述入光面具有光軸，所述光軸垂直於所述底面，所述第一出光面具有平行於所述光軸的軸線，所述入光面的光軸和所述第一出光面的軸線不重合。
在一個優選實施方式中，所述軸線與第一出光面的交點與所述底面之間的距離大於所述第一出光面上其餘各點與底面之間的距離。
在一個優選實施方式中，所述第一出光面具有第一部分和第二部分，所述第一部分對應所述收容部，所述第二部分與所述第二出光面對應，所述第一部分的曲率大於所述第二部分的曲率。
在一個優選實施方式中，所述微結構部為多個平行排列的條狀凹槽或者陣列排列的錐狀凹槽。
在一個優選實施方式中，所述凹槽的截面為圓弧形或者三角形。
本發明還涉及一種包括所述光學透鏡的導光罩。
一種導光罩，包括一基板及位於基板上的多個光學透鏡，所述光學透鏡與所述基板一體成型，所述光學透鏡為如上所述的光學透鏡。
本發明還涉及一種包括所述光學透鏡的雙面發光裝置。
一種雙面發光裝置，其包括：電路板及與所述電路板配合的光學透鏡，所述電路板上設置有發光二極體晶片，所述光學透鏡包括有入光面，所述發光二極體晶片面向所述入光面設置，所述電路板為透光平板，所述光學透鏡為如上任意一項所述的光學透鏡。
在一個優選實施方式中，所述電路板為一透明陶瓷基板。
在一個優選實施方式中，與所述收容部對應的發光二極體晶片的個數為一個或者多個。
與現有技術相比較，本發明通過在所述基座的底面設有位於所述收容部一側的第二出光面，所述第二出光面為自所述底面朝向頂面凹設的微結構部，光線由所述入光面進入所述光學透鏡，進入所述光學透鏡的光線包括第一部分光線和第二部分光線，所述第一部分光線由入光面進入所述光學透鏡後入射至第一出光面，再由第一出光面射出所述光學透鏡，所述第二部分光線由入光面進入光學透鏡並入射至第一出光面後，在所述第一出光面發生全反射至所述第二出光面，然後經第二出光面折射並射出所述光學透鏡，從而實現了光學透鏡的雙面出光。
10:基座
1，2:光學透鏡
14:頂面
12:底面
120:收容部
142:第一出光面
142a:第一部分
142b:第二部分
122:入光面
P-P’:光軸
20，200:微結構部
22，221:凹槽
Q-Q’:軸線
3:雙面發光裝置
30:電路板
32:發光二極體晶片
L:光線
L1、L11、L12:第一部分光線
L2、L21、L22:第二部分光線
O:中心點
R，I，J，K:點
124:第二出光面
4:導光罩
40:基板
42:螺孔
圖1為本發明第一實施例提供的光學透鏡的一個方向的立體圖。
圖2為圖1所示的光學透鏡的翻轉180度的立體圖。
圖3為圖1所示的光學透鏡的沿III-III的截面圖。
圖4為應用本發明所提供的光學透鏡與電路板形成雙面發光裝置的剖面圖。
圖5為本發明第二實施例提供的一種光學透鏡的立體示意圖。
圖6A至6E為雙面發光裝置的發光二極體晶片的排布示意圖。
圖7為本發明第三實施例提供的一種導光罩的立體示意圖。
下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
請參閱圖1至3，本發明第一實施例提供的一種光學透鏡1，所述光學透鏡1由透光率較高的塑膠材質構成，比如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或PC(聚碳酸酯)，這樣能達到照明裝置的強度需求，還能有效提升光線出射效率、減小光損失。
所述光學透鏡1包括一基座10。在本實施例中，所述基座10為一長方體。所述基座10包括底面12及與底面相背的頂面14，所述底面12為一長方形。
以底面12的中心點O為座標原點，在底面12所在的平面定義相互垂直的X軸和Y軸，所述X軸和Y軸相交於原點O。定義由原點O朝向X軸一端的方向為X軸的正向，由原點O朝向X軸的另一端的方向為X軸的負向。定義一Z軸，所述Z軸通過原點O，且垂直於底面。所述X軸平行於底面的長度方向。所述Y軸平行於底面12的寬度方向。
所述底面12凹陷形成收容部120。請參閱圖4-5，所述收容部140包括有入光面122，所述入光面122為自由曲面。所述入光面122具有光軸P-P’，所述光軸P-P’垂直於底面12。所述入光面122關於所述光軸P-P’對稱，優選地，所述入光面122為半球面。所述光軸P-P’與X軸相交。
所述基座10的頂面14設有一第一出光面142。所述第一出光面142自基座的頂面14朝遠離頂面14的一側凸出。所述第一出光面142為自由曲面。
所述第一出光面142具有軸線Q-Q’。所述軸線Q-Q’垂直於底面12並與第一出光面142相交於點R。所述點R與所述底面之間的距離大於所述第一出光面142上其餘各點(如點I，點J或點K)與底面之間的距離。所述入光面122的光軸P-P’和第一出光面142的軸線Q-Q’不重合。在本實施例中，所述光軸P-P’相交於X軸的負向，所述軸線Q-Q’相交與X軸的正向。
所述第一出光面142具有第一部分142a和第二部分142b。所述第一部分對應所述收容部120，所述第二部分142b與所述第二出光面124對應。所述第一部分142a的曲率大於所述第二部分142b的曲率。在本實施例中，所述第一部分142a位於所述軸線Q-Q’朝向X軸的負向的一側。所述第二部分142b位於所述軸線Q-Q’朝向X軸的正向的一側。所述第一部分142a在底面12的投影的長度F2小於所述第二部分142b在底面12的投影的長度F1。
請一併參閱圖1及圖3，所述底面12還設有位於所述收容部120一側的第二出光面124，所述第二出光面124為自所述底面12朝向頂面14凹設的微結構部20。
所述微結構部20為多個陣列排列的微型的凹槽22。所述凹槽22為內凹的圓錐結構或者半圓。在本實施方式中，請參閱圖3，所述凹槽為內凹的圓錐結構。所述微結構部20用於卒取光線。
具體地，請參閱圖4，在應用本發明所提供的光學透鏡1形成雙面發光裝置3時，需要提供電路板30，所述電路板30為透光平板，譬如可以為透明陶瓷基板，以實現從電路板30中出光。
所述電路板30上設置有發光二極體晶片32。所述光學透鏡1設置在所述電路板30上，所述發光二極體晶片32面向所述入光面設置。
與所述收容部120對應的發光二極體晶片32的個數為一個或者多個，請參閱圖6A至6E，為本發明提供的幾種的發光二極體晶片在電路板上的排布示意，也即，可以根據照明裝置需要的功率，自由選擇在電路板30上設置對應的發光二極體晶片32的顆數，以滿足照明需求。
所述發光二極體晶片32發出的光線L由所述入光面122進入所述光學透鏡10分為第一部分光線L1與第二部分光線L2。所述第一部分光線L1是指在第一出光面142上不滿足全反射條件的那部分光線，這部分光線會從第一出光面142折射出去實現正向照明。所述第二部分光線L2是指在第一出光面142上滿足全反射條件的那部分光線，會被第一出光面142反射至第二出光面124。第二出光面124的微結構部20卒取這部分光線去實現光學透鏡1的背面照明。
具體地，所述第一部分光線L1，譬如圖4中示意的光線L11、L12，由入光面122進入光學透鏡10後入射至第一出光面142，再由第一出光面142折射出所述光學透鏡10，實現了光學透鏡1的正向出光。
所述第二部分光線L2，譬如圖4中示意的光線L21、L22，由入光面122進入光學透鏡10並入射至第一出光面142後，在第一出光面142發生全反射至所述第二出光面124，由於第二出光面124包括微結構部20，為多個陣列排列的微型的凹槽22，所述凹槽22能破壞全反射的條件，即使入射至第二出 光面124的光線，當入射角小於臨界角時，光線經過所述第二出光面124的折射會直接出射，實現了光學透鏡1的背面出光。
由於，所述電路板30為透明的平板，從而第二部分光線光線L2會從電路板40中透射出來，從而，便實現了雙面發光裝置3的雙面出光，雙面發光裝置3可以用於LED廣告燈箱等需要雙面出光的環境中。
請參閱圖5，圖5為本發明第二實施例提供的一種光學透鏡2，所述光學透鏡2與第一實施例提供的光學透鏡1基本相同，其不同之處在於，在本實施方式中，所述光學透鏡2的微結構部200為多個長條狀的凹槽201，多個長條狀的凹槽201是平行排列，凹槽的剖面可以為圓弧形或者三角形。如此設置，也能達到上述技術效果。
請參閱圖7，圖7為本發明第三實施例提供的一種導光罩4，所述導光罩4包括一基板40及位於基板上的多個光學透鏡1(2)，所述光學透鏡1(2)與所述基板40採用模具注塑的方式一體成型，基板40周緣設置有固定用的螺孔42。所述光學透鏡1(2)為第一實施例中的光學透鏡1或者第二實施例中的光學透鏡2。將所述導光罩4形成為照明裝置時，電路板是設置在所述導光罩4背離所述光學透鏡的底部。在其他實施例中，所述多個光學透鏡1(2)與基板40是單獨成型後再組接在一起以構成導光罩4。所述導光罩4是包括多個所述光學透鏡，每個光學透鏡又能接收多個LED發出的光線並對其混光，從而，能實現大功率照明。
可以理解的是，以上實施例僅用來說明本發明，並非用作對本發明的限定。對於本領域的普通技術人員來說，根據本發明的技術構思做出的其它各種相應的改變與變形，都落在本發明請求項的保護範圍之內。
10:基座
14:頂面
12:底面
120:收容部
142:第一出光面
142a:第一部分
142b:第二部分
122:入光面
P-P’:光軸
Q-Q’:軸線
R，I，J，K:點
124:第二出光面

Claims (7)

  1. 一種光學透鏡，包括一基座，所述基座包括底面和與底面相背的頂面，所述底面凹陷形成收容部，所述收容部包括有入光面，所述基座的頂面凸設有第一出光面，其中：所述基座的底面還設有位於所述收容部一側的第二出光面，所述第二出光面為自所述底面朝向頂面凹設的微結構部，光線由所述入光面進入所述光學透鏡，進入所述光學透鏡的光線包括第一部分光線和第二部分光線，所述第一部分光線由入光面進入所述光學透鏡後入射至第一出光面，再由第一出光面射出所述光學透鏡，所述第二部分光線由入光面進入光學透鏡並入射至第一出光面後，在所述第一出光面發生全反射至所述第二出光面，然後經第二出光面折射並射出所述光學透鏡，所述第一出光面具有第一部分和第二部分，所述第一部分對應所述收容部，所述第二部分與所述第二出光面對應，所述第一部分在底面的投影具有第一長度，所述第二部分在底面的投影具有第二長度，所述第一長度小於所述第二長度，所述第一部分的曲率大於所述第二部分的曲率，所述入光面為一自由曲面，所述入光面具有光軸，所述光軸垂直於所述底面，所述第一出光面具有平行於所述光軸的軸線，所述入光面的光軸和所述第一出光面的軸線不重合，所述軸線與第一出光面的交點與所述底面之間的距離大於所述第一出光面上其餘各點與底面之間的距離。
  2. 如請求項1所述的光學透鏡，其中：所述微結構部為多個平行排列的條狀凹槽或者陣列排列的錐狀凹槽。
  3. 如請求項2所述的光學透鏡，其中，所述凹槽的截面為圓弧形或者三角形。
  4. 一種導光罩，包括一基板及位於基板上的多個光學透鏡，所述光學透鏡與所述基板一體成型，其中：所述光學透鏡為如請求項1至3項中任一項所述的光學透鏡。
  5. 一種雙面發光裝置，其包括：電路板及與所述電路板配合的光學透鏡，所述電路板上設置有發光二極體晶片，所述光學透鏡包括有入光面，所述發光二極體晶片面向所述入光面設置，其中，所述電路板為透光平板，所述光學透鏡為如請求項1至3任意一項所述的光學透鏡。
  6. 如請求項5所述的雙面發光裝置，其中，所述電路板為一透明陶瓷基板。
  7. 如請求項6所述的雙面發光裝置，其中，與所述收容部對應的發光二極體晶片的個數為一個或者多個。
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