專利名稱：發(fā)光元件及其透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透鏡，特別是涉及一種用于發(fā)光二極管的透鏡改良結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管是利用半導(dǎo)體材料中的電子與空穴結(jié)合時(shí)能量帶位階的改 變，以發(fā)光的形式釋放出能量。由于發(fā)光二極管具有體積小、壽命長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng) 電壓低、反映速度快、耐震性佳等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用在廣告板、交通標(biāo)志、日常 照明等各種應(yīng)用領(lǐng)域中。
為了更好地利用發(fā)光二極管，在發(fā)光二極管的周圍可包覆一層透鏡對(duì)光 進(jìn)行二次引導(dǎo)，透鏡的表面通常設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單的光滑弧形，然而使用此種透鏡 的發(fā)光二極管的聚、散光效果并不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種具有較佳聚、散光效果的透鏡及使用該透鏡 的發(fā)光元件。
一種發(fā)光元件包括一發(fā)光二極管以及設(shè)于該發(fā)光二極管外圍的 一透鏡， 該發(fā)光二極管包括一發(fā)光晶片，該發(fā)光晶片具有一發(fā)光面，該透鏡對(duì)應(yīng)所述 發(fā)光面具有一出光面，該出光面上設(shè)有若干圈凹槽，每一圈凹槽由一第一槽 壁以及一第二槽壁合圍形成，該第一槽壁形成為錐面的一部分，且該第一槽 壁所在圓錐的錐頂位于發(fā)光晶片的發(fā)光面上，該發(fā)光晶片發(fā)出的光經(jīng)由該出 光面上的第二槽壁折射后發(fā)射出去。
一種透鏡，該透鏡用于對(duì)一發(fā)光二極管導(dǎo)光，該透鏡的表面包括一出光 面，該出光面上設(shè)有若干圈凹槽，每一圈凹槽由一第一槽壁以及一第二槽壁 合圍形成，該第一槽壁形成為錐面的一部分，且所有第一槽壁所在圓錐的錐 頂位于同一點(diǎn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，該發(fā)光二極管工作時(shí)，該發(fā)光晶片發(fā)出光，該光通過(guò)該透鏡射向透鏡的出光面，并于這些凹槽的第二槽壁上產(chǎn)生折射，光產(chǎn)生折 射后改變?cè)瓉?lái)的方向，使得該發(fā)光元件產(chǎn)生良好的聚光或散光效果，從而可 提高光的利用率。另外，由于該第一槽壁所在圓錐的錐頂位于發(fā)光晶片的發(fā) 光面上，可盡量避免光由該第一槽壁上射出，從而可減少光于該第一槽壁上 產(chǎn)生反射，以減少光的損失，進(jìn)一步提高光的利用率。
下面參照附圖，結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。


圖1為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中發(fā)光元件的立體示意圖。
圖2為圖1所示發(fā)光元件的內(nèi)部示意圖。 圖3為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例中發(fā)光元件的內(nèi)部示意圖。 圖4為本發(fā)明第三較佳實(shí)施例中發(fā)光元件的內(nèi)部示意圖。 圖5為本發(fā)明第四較佳實(shí)施例中發(fā)光元件的內(nèi)部示意圖。 圖6為本發(fā)明第五較佳實(shí)施例中發(fā)光元件的立體示意圖。 圖7為圖6所示發(fā)光元件的內(nèi)部示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1與圖2所示為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中的發(fā)光元件10,該發(fā)光元件 10包括一發(fā)光二極管12及一透鏡16,該透鏡16包覆在該發(fā)光二極管12周 圍對(duì)發(fā)光二極管12的光進(jìn)行引導(dǎo)。
該發(fā)光二極管12可為炮彈型發(fā)光二極管(Lamp LED),也可為表面貼裝 型發(fā)光二極管(SMD Type LED )。該發(fā)光二極管12通常包括一發(fā)光晶片121、 一基座124及一封裝體125,該發(fā)光晶片121貼附在該基座124上，該封裝 體125罩設(shè)在該發(fā)光晶片121的上方并可與基座124連接固定，從而該封裝 體125構(gòu)成該發(fā)光晶片121的一保護(hù)層。該封裝體125通常為一透明膠體， 該發(fā)光晶片121發(fā)出的光通過(guò)該封裝體125向外射出時(shí)該封裝體125對(duì)該發(fā) 光晶片121的光也具有一定的導(dǎo)向作用，通常稱之為發(fā)光二極管的一次光學(xué) 結(jié)構(gòu)。
該透鏡16為透明膠體，如環(huán)氧樹(shù)脂、硅膠、壓克力等。該透鏡16包覆于該發(fā)光二極管12的封裝體125外圍，該透鏡16包括設(shè)于其外表面上的一 出光面160，該出光面160的上半部分為半球面162,該出光面160的下半部 分為圓柱側(cè)面161，該出光面160的半球面162沿周向均勻分布有若干環(huán)形 的凹槽163，這些環(huán)形的凹槽163的外徑由上而下逐漸增大。每一凹槽163 由一第一槽壁及一第二槽壁合圍形成，本實(shí)施例中，第一槽壁為一上槽壁165, 第二槽壁為一下槽壁166，該上槽壁165可看作以發(fā)光晶片121的發(fā)光面的 某一點(diǎn)為錐頂?shù)哪骋诲F面的一部分(截面為直線)，該上槽壁165的外徑由上 而下逐漸減小。特別地在本實(shí)施例中，該上槽壁165所在圓錐的錐頂位于發(fā) 光晶片121的發(fā)光面122的中心點(diǎn)0處。該下槽壁166為向外凸出的圓周弧 面(截面為凸出的弧線)。特別是，該出光面160的半球面162的頂部設(shè)有一 凹陷部168,該凹陷部168的表面向下凹i殳成型而未"i殳凹槽163,該凹陷部 168相對(duì)于中心點(diǎn)O呈凹透鏡形狀。
如圖2所示，該發(fā)光元件10工作時(shí)，該發(fā)光二極管12的發(fā)光晶片121 發(fā)出光，該光通過(guò)該發(fā)光晶片121外圍的封裝體125進(jìn)而射向透鏡16的出光 面160 (由于發(fā)光晶片121距離出光面160較遠(yuǎn)，可將發(fā)光晶片121的光看 作沿直線才更射到出光面160)，光在這些凹槽163的下槽壁166和凹陷部168 上產(chǎn)生折射，光產(chǎn)生折射后改變?cè)瓉?lái)的方向均向下偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生良好的散 光效果，使離發(fā)光二極管12具有相同距離的接受面上的照度更加均勻，光照 效果更加柔和，有利于室內(nèi)照明。另外，由于該上槽壁165所在圓錐的錐頂 位于發(fā)光晶片121的發(fā)光面122的中心點(diǎn)O處，根據(jù)光的直線傳播原理，可 盡量避免光由該上槽壁165上射出，從而可減少光于該上槽壁165上產(chǎn)生反 射，以減少光的損失，進(jìn)一步提高光的利用率。仿真結(jié)果證明，凹陷部168 的對(duì)發(fā)光晶片121的散光效果與在凹陷部168上開(kāi)設(shè)若干凹槽163的散光效 果大體相同，因此在該出光面160的半球面162的頂部設(shè)有凹陷部168,不 僅可達(dá)到與在整個(gè)半球面162上開(kāi)設(shè)凹槽163近似的散光效果，而且可免去 部分加工工序，節(jié)約成本和時(shí)間。
當(dāng)然，上述凹槽163的下槽壁166不限于上述的向外凸出的圓周弧面， 還可為其他形狀。如圖3所示，該發(fā)光元件20的透鏡26的凹槽263的下槽 壁266 (即第二槽壁)為向內(nèi)凹進(jìn)的圓周弧面(截面為凹進(jìn)的弧線)；如圖4所示，該發(fā)光元件30的透鏡36的凹槽363的下槽壁366 (即第二槽壁)為 錐面的一部分(截面為直線)，該下槽壁366的外徑由上而下逐漸減小或者逐 漸增大，但該下槽壁366所在圓錐的錐頂不位于發(fā)光晶片121的發(fā)光面122 上；如圖5所示，該發(fā)光元件40的透鏡46的凹槽463的下槽壁466 (即第 二槽壁)為上述圖2至圖4所示形狀的任意組合，即部分下槽壁466為向外 凸出的圓周弧面，部分下槽壁466為向內(nèi)凹進(jìn)的圓周弧面，還有一部分下槽 壁466為錐面的一部分。與第一較佳實(shí)施例相似的，在上述透鏡26、 36、 46 的頂部各設(shè)有與凹陷部168相同的凹陷部268、 368、 468。
圖6與圖7為本發(fā)明第五較佳實(shí)施例中發(fā)光元件50的示意圖，該發(fā)光元 件50包括一透鏡56，該透鏡56與第一較佳實(shí)施例中不同的是該透鏡56 的凹槽563的下槽壁566 (即第二槽壁)為錐面的一部分(截面為直線)，該 下槽壁566所在圓錐的錐頂位于發(fā)光晶片121的發(fā)光面122的中心點(diǎn)0處， 該下槽壁566的外徑由上而下逐漸減小，該上槽壁565 (即第一槽壁)為向 外凸出的圓周弧面(截面為凸出的弧線)；另外，該透鏡56的出光面561的 球面的頂部設(shè)有一凸起部568,該凸起部568的表面向上凹設(shè)成型為凸透鏡 形狀而未設(shè)凹槽563。
當(dāng)然，上述上槽壁565的形狀還可為其他形狀，如向內(nèi)凹進(jìn)的圓周弧 面，錐面的一部分，或是向外凸出的圓周弧面、向內(nèi)凹進(jìn)的圓周弧面、錐面 的一部分的任意組合。
該發(fā)光二極管12工作時(shí)，該發(fā)光晶片121發(fā)出的光通過(guò)封裝體125射向 透鏡56的出光面561,并于這些凹槽563的上槽壁565上產(chǎn)生折射，光產(chǎn)生 折射后改變?cè)瓉?lái)的方向均向上偏轉(zhuǎn)，使發(fā)光二極管12產(chǎn)生良好的聚光效果， 增加離發(fā)光二極管12具有相同距離的接受面上的最大照度，從而提高光的利 用率，有利于室外照明，且由于該下槽壁566所在圓錐的錐頂位于發(fā)光晶片 121的發(fā)光面122的中心點(diǎn)O處，可盡量避免光由該下槽壁566上射出，從 而可減少光于該下槽壁566上產(chǎn)生反射，以減少光的損失，提高光的利用率。 仿真結(jié)果證明，凸起部568對(duì)發(fā)光二極管12的聚光效果與在凸起部568上開(kāi) 設(shè)凹槽563的聚光效果大體相同，因此在該透鏡56呈半球狀的出光面561的 頂部設(shè)置凸起部568,不僅可達(dá)到與在整個(gè)出光面561上開(kāi)設(shè)凹槽563近似的聚光效果，而且可免去部分加工工序，節(jié)約成本和時(shí)間。另外，雖然在發(fā)
光二極管12的封裝體125上加工凹槽也可在一定程度上對(duì)發(fā)光晶片121的光 進(jìn)^f亍更好地聚光或?qū)Ч?，然而所述透鏡16、 26、 36、 46、 56的尺寸通常相對(duì) 于發(fā)光二極管12的尺寸要大，顯然在透鏡16、 26、 36、 46、 56加工凹槽相 對(duì)于在封裝體125上加工凹槽要容易得多。
上述凹槽163、 263、 363、 463、 563不限于設(shè)在透鏡16、 26、 36、 46、 56的半球面上，只要是與發(fā)光晶片121的發(fā)光面122相對(duì)的面均可。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件，包括一發(fā)光二極管以及設(shè)于該發(fā)光二極管外圍的一透鏡，該發(fā)光二極管包括一發(fā)光晶片，該發(fā)光晶片具有一發(fā)光面，該透鏡對(duì)應(yīng)所述發(fā)光面具有一出光面，其特征在于該出光面上設(shè)有若干圈凹槽，每一圈凹槽由一第一槽壁以及一第二槽壁合圍形成，該第一槽壁形成為錐面的一部分，且該第一槽壁所在圓錐的錐頂位于發(fā)光晶片的發(fā)光面上，該發(fā)光晶片發(fā)出的光經(jīng)由該出光面上的第二槽壁折射后發(fā)射出去。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其特征在于該第一槽壁所在圓錐的 錐頂位于所述發(fā)光面的中心點(diǎn)處。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其特征在于該第一槽壁為每一圈凹 槽的上槽壁，該第二槽壁為每一圈凹槽的下槽壁。
4. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)光元件，其特征在于這些凹槽設(shè)于該出光面 的上半部分，該出光面的上半部分的頂部設(shè)有一凹陷部，該凹陷部相對(duì)于發(fā) 光二極管呈凹透鏡形狀。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其特征在于該第一槽壁為每一圈凹 槽的下槽壁，該第二槽壁為每一圈凹槽的上槽壁。
6. 如權(quán)利要求5所述的發(fā)光元件，其特征在于這些凹槽設(shè)于該出光面 的上半部分，該出光面的上半部分的頂部設(shè)有一凸起部，該凸起部相對(duì)于發(fā) 光二極管呈凸透鏡形狀。
7. 如權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其特征在于該第二槽 壁形成為向外凸出的圓周弧面。
8. 如權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其特征在于該第二槽 壁形成為下向內(nèi)凹進(jìn)的圓周弧面。
9. 如權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其特征在于該第二槽 壁形成為錐面的一部分，但該第二槽壁所在圓錐的錐頂不位于發(fā)光晶片的發(fā) 光面上。
10. 如權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其特征在于該第二 槽壁為下述形狀的任意組合向外凸出的圓周弧面、向內(nèi)凹進(jìn)的圓周弧面、 錐面的一部分。
11. 一種透鏡，該透鏡用于對(duì)一發(fā)光二極管導(dǎo)光，該透鏡的表面包括一出光面，其特征在于該出光面上設(shè)有若干圈凹槽，每一圈凹槽由一第一槽 壁以及一第二槽壁合圍形成，該第一槽壁形成為錐面的一部分，且所有第一 槽壁所在圓錐的錐頂位于同一點(diǎn)。
12.如權(quán)利要求11所述的透鏡，其特征在于該透鏡包括一半球面，這 些凹槽設(shè)于該半球面上，該半球面的頂部設(shè)有一凹陷部或凸起部。
全文摘要
一種發(fā)光元件包括一發(fā)光二極管以及設(shè)于該發(fā)光二極管外圍的一透鏡，該發(fā)光二極管的發(fā)光晶片具有一發(fā)光面，該透鏡對(duì)應(yīng)發(fā)光面具有一出光面，該出光面上設(shè)有若干圈凹槽，每一圈凹槽由一第一槽壁以及一第二槽壁合圍形成，該第一槽壁形成為錐面的一部分，且該第一槽壁所在圓錐的錐頂位于發(fā)光晶片的發(fā)光面上，該發(fā)光晶片發(fā)出的光經(jīng)由該出光面上的第二槽壁折射后發(fā)射出去。本發(fā)明還揭示了一種透鏡。該發(fā)光二極管的光通過(guò)第二槽壁產(chǎn)生折射改變?cè)瓉?lái)的方向，進(jìn)而產(chǎn)生良好的聚光或散光效果，且由于該第一槽壁所在圓錐的錐頂位于發(fā)光晶片的發(fā)光面上，可盡量避免光由該第一槽壁上射出，從而減少光于該第一槽壁上產(chǎn)生反射，以減少光的損失，從而提高光的利用率。
文檔編號(hào)F21V5/04GK101539266SQ20081006612
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者余業(yè)飛, 林 楊, 查新祥, 郭哲豪, 黃中元 申請(qǐng)人:富準(zhǔn)精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻準(zhǔn)精密工業(yè)股份有限公司