CN106439729A - 透镜及具有所述透镜的发光元件 - Google Patents
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Abstract
一种透镜包括底面、顶面以及侧面。所述底面与顶面相对设置。所述侧面连接在所述底面和顶面之间。所述底面中部朝所述顶面凹陷形成一凹槽。所述顶面朝底面方向凹入而形成凹曲面。所述凹槽包括顶部入光面和与侧壁入光面。所述侧壁入光面连接所述顶部入光面与所述底面。所述顶部入光面上设置有若干微结构形成粗糙面。所述侧壁入光面贴覆有反射膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学透镜，尤其涉及一种可提高光源的出光光线均匀度及利用率的光学透镜以及具有所述透镜的发光元件。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种可将电流转换成特定波长范围的光电半导体元件。发光二极管以其亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点，从而可作为光源而广泛应用于照明领域。为了更好地利用发光二极管，业界通常在对发光二极管封装后在其周围包覆一透镜对光进行二次光学校正。
LED发出的光经过透镜内部出射，大部份是由顶面及侧面出射。但是，直接从侧面出射的光无法被有效地利用。而且这些光线经过外在环境再反射回来，与侧面出射的光线疊合，可能会造成整体光斑亮暗不均匀，甚至有黄晕的情况产生。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种提高出射光线利用率及出射光线均匀度的透镜及具有所述透镜的发光元件。
一种透镜包括底面、顶面以及侧面。所述底面与顶面相对设置。所述侧面连接在所述底面和顶面之间。所述底面中部朝所述顶面凹陷形成一凹槽。所述顶面朝底面方向凹入而形成凹曲面。所述凹槽包括顶部入光面和与侧壁入光面。所述侧壁入光面连接所述顶部入光面与所述底面。所述顶部入光面上设置有若干微结构形成粗糙面。所述侧壁入光面贴覆有反射膜。
一种发光元件包括发光二极管光源及覆盖所述发光二极管光源的透镜。所述透镜包括底面、顶面以及侧面。所述底面与顶面相背设置。所述侧面连接在所述底面和顶面之间。所述底面中部朝所述顶面凹陷形成凹槽。述顶面朝底面方向凹入而形成凹曲面。所述凹槽包括顶部入光面和与侧壁入光面。所述侧壁入光面连接所述顶部入光面与所述底面。所述顶部入光面上设置有若干微结构形成粗糙面。所述侧壁入光面镀有反射膜。所述发光二极管光源位于所述凹槽中，所述发光二极管的光线光线经由所述顶面反射或折射后出射至外界环境。
与现有技术相比，本发明提供的发光元件中，由于透镜顶面为凹曲面，底面凹槽包括顶部入光面和侧壁入光面，所述顶部入光面上设置有若干微结构形成粗糙面，所述侧壁入光面镀有反射膜，当透镜配合发光二极管光源时，发光二极管光源发出的光线仅经由所述顶部光学面进入所述透镜，进入透镜的光线在顶部入光面锯齿状结构及顶面凹曲状结构的共同作用下在透镜内进行多次反射与折射，避免了光线直接经由侧面出射，提高了发光二极管光源发出的光线利用率，并使得所述发光元件发出的光线分布均匀。
附图说明
图1为本发明一实施方式提供的发光元件的剖面示意图。
图2为图1中透镜的剖面示意图。
图3为图2中顶部入光面的微结构剖面示意图。
主要元件符号说明
| 发光元件 | 100 |
| 基板 | 10 |
| 发光二极管光源 | 20 |
| 透镜 | 30 |
| 底面 | 31 |
| 顶面 | 32 |
| 侧面 | 33 |
| 凹槽 | 35 |
| 顶部入光面 | 351 |
| 微结构 | 352 |
| 侧壁入光面 | 353 |
| 反射膜 | 354 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，为本发明发光元件100的第一较佳实施例，所述发光元件100包括一基板10、一发光二极管光源20及一覆盖所述发光二极管光源20的透镜30。
所述基板10可以是覆铜基板、电路板等。本实施方式中，所述基板10为电路板。
所述发光二极管光源20设置在所述基板10上。具体的，所述发光二极管光源20为成型的发光二极管封装体。所述发光二极管光源20通过覆晶技术封装在所述基板10上。在本实施方式中，所述发光二极管光源20为长方体结构。所述发光二极管光源20的一面贴覆在所述基板10上并与之电性连接。所述发光二极管光源20的其余五个面均能发出入射光线。
请参阅图2，所述透镜30包括底面31、顶面32以及连接在底面31和顶面32之间的侧面33。本实施例中，所述透镜30具有一个光轴OO’，且透镜30沿所述光轴OO’呈轴对称。所述透镜30制作材料可以选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯以及玻璃等中的任意一种。所述发光二极管光源20设置在所述透镜30的光轴OO’上。
所述底面31设置在所述基板10上。具体的，所述底面31为平面，所述底面31中部朝所述顶面32凹陷形成一凹槽35，所述凹槽35可以为长方体、圆柱体等任何形状。本实施方式中，所述凹槽35呈截头圆锥体。
所述凹槽35包括一个顶部入光面351及侧壁入光面353。所述顶部入光面351位于凹槽35底部。述侧壁入光面353位于所述凹槽35的侧壁。所述侧壁入光面353连接所述顶部入光面351与所述底面31。所述顶部入光面351与所述底面31相平行。
请一并参阅图2及图3，所述顶部入光面351设置有若干微结构352而形成粗糙表面。所述若干微结构352呈圆环形锯齿状分布。所述多个圆环形锯齿属于同心圆，这些锯齿状同心圆构成菲涅尔透镜。每个圆环形锯齿的形状大小大致相同。每个锯齿的顶角均设置为曲面，所述曲面半径均大于0.2mm。
所述侧壁入光面353贴覆一层反射膜354，使所述发光二极管光源20所发出的光线无法经由所述侧壁入光面353出射至外界环境。所述反射膜354可以通过涂覆或电镀的方式贴覆在侧壁入光面353上。
所述顶面32与所述底面31相背设置。所述顶面32朝所述底面31方向凹入而呈截面为倒“人字形”的凹曲面。所述凹曲面由不同曲率的弧形面平滑过渡而形成。所述凹曲面与所述顶部入光面351相背设置。所述凹曲面的面积大于所述顶部入光面351的面积。所述顶面32凹入的最低点高于所述凹槽35朝顶面32凹陷的最高点。根据光学需要，所述凹曲面的半顶角介于30度至60度之间，从而使进入透镜30的部分光线在所述顶面32上直接折射至外界环境。
所述侧面33连接在所述底面31与顶面32之间。所述侧面33与所述侧壁入光面353相背设置。所述侧面33的面积大于所述侧壁入光面353的面积。所述发光二极管光源20所发出的部分光线经所述顶面32反射后自所述侧面33出射到外界环境,或者经所述侧面33反射回所述顶面32。
请参阅图1，组装时，先将所述发光二极管光源20封装并将其设置在所述基板10的中央位置；所述透镜30的光轴OO’对准所述发光二极管光源20，用胶将所述透镜30粘粘固定在所述基板10上，此时，使所述凹槽35覆盖在所述发光二极管光源20的正上方，所述凹槽35与所述基板10形成一个密闭的容置空间。所述发光二极管光源20收容在所述容置空间内。
工作时，所述发光二极管光源20发出的光线经由所述顶部入光面351进入透镜30，射至侧壁入光面353的光线经由反射膜354反射(一次或多次)，最终也经由顶部入光面351进入透镜30。所述多个圆环形锯齿状结构(菲涅尔透镜)具有会聚收敛光线的作用(如图3所示)，使大部分光线先射会聚收敛至所述顶面32再由所述顶面32折射至外界环境或反射至侧面33。所述顶面32为凹曲面。由于控制光线入射至所述凹曲面的入射点及入射角度可以控制由所述凹曲面反射的反射光线的行经路径。入射光线经所述顶面32的能增加反射光线的多次行径路线，使光线大部分由所述顶面32及所述侧面33中靠近所述顶面32的部分射出至外部环境，并且使出射光线的均匀化程度更高。
与现有技术相比，本发明提供的发光元件100中，由于透镜30顶面32为凹曲面，凹槽35包括顶部入光面351和侧壁入光面353，所述顶部入光面351上设置有若干微结构形成粗糙面，所述侧壁入光面353镀有反射膜354，当透镜30配合发光二极管光源20时，发光二极管光源20发出的光线仅经所述顶部入光面351进入所述透镜30，进入透镜30的光线在顶部入光面351锯齿状结构及顶面凹曲面的共同作用下在透镜内进行多次反射与折射，避免了光线直接经由侧面33出射，提高了发光二极管光源20发出的光线利用率，并使得所述发光元件100发出的光线分布均匀。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种透镜，包括底面、顶面以及侧面，所述底面与顶面相对设置，所述侧面连接在所述底面和顶面之间，所述底面中部朝所述顶面凹陷形成一凹槽，其特征在于：所述顶面朝底面方向凹入而形成凹曲面，所述凹槽包括顶部入光面和与侧壁入光面，所述侧壁入光面连接所述顶部入光面与所述底面，所述顶部入光面上设置有若干微结构形成粗糙面，所述侧壁入光面贴覆有反射膜。
2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述若干微结构呈锯齿状排列，每个锯齿的顶角均设置为曲面，所述曲面的半径均大于0.2mm。
3.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述凹曲面与所述顶部入光面相背设置，所述凹曲面的面积大于所述顶部入光面的面积。
4.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述侧壁入光面与所述侧面相背设置，所述侧面的面积大于所述侧壁入光面的面积。
5.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述凹曲面是由不同曲率的弧形面平滑过渡而形成。
6.一种发光元件，包括发光二极管光源及覆盖所述发光二极管光源的透镜，所述透镜包括底面、顶面以及侧面，所述底面与顶面相背设置，所述侧面连接在所述底面和顶面之间，所述底面中部朝所述顶面凹陷形成凹槽，其特征在于：述顶面朝底面方向凹入而形成凹曲面，所述凹槽包括顶部入光面和与侧壁入光面，所述侧壁入光面连接所述顶部入光面与所述底面，所述顶部入光面上设置有若干微结构形成粗糙面，所述侧壁入光面镀有反射膜，所述发光二极管光源位于所述凹槽中，所述发光二极管的光线经由所述顶面反射或折射后出射至外部环境。
7.如权利要求6所述的发光元件，所述发光二极管还包括一个基板，其设置于透镜下方，所述发光二极管光源设置于所述基板上。
8.如权利要求6所述的发光元件，其特征在于：所述发光二极管光源发出的光线经侧壁入光面后反射至顶部入光面进入透镜。
9.如权利要求6所述的发光元件，其特征在于：经所述顶面反射至所述侧面出射的光线集中于所述侧面靠近所述顶面的部分。
10.如权利要求7所述的发光元件，其特征在于：所述发光二极管光源设置在所述透镜的光轴上，所述发光二极管光源收容于所述透镜与所述基板形成的密闭空间内。
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