專利名稱：具有透鏡的發(fā)光單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝有透鏡的發(fā)光單元，其使用透鏡來對從具有多個光顏色 (諸如紅、藍(lán)和綠)的LED元件發(fā)射的光進(jìn)行顏色混合。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，例如在日本專利公開平10-290028號公報中描述的，已知一種用于在 沒有顏色不均勻的情況下對來自各單色(諸如紅、藍(lán)和綠)LED的光進(jìn)行顏色混合的裝 置，在該裝置中，從LED發(fā)射的全部光被投射到反射器上進(jìn)行多次反射，以便僅提取間 接光，由此提高光的顏色混合屬性。此外，例如在日本專利公開2002-133032號公報中 描述的，提出一種裝置，在該裝置中增加了光導(dǎo)構(gòu)件和漫射層，以便通過使用光導(dǎo)構(gòu)件 的全反射沿一個方向從每個LED發(fā)射光，并且通過使用漫射層來均勻地增加散射屬性， 由此提高發(fā)射光的顏色混合屬性。然而，在上述使用反射光的顏色混合中，盡管反射的數(shù)量增加提高顏色混合屬 性，但是由于反射表面的吸收，隨著反射的數(shù)量增加發(fā)射光的量降低。此外，反射的光 在各個角度散射，導(dǎo)致寬角度的光分布。另外，如果漫射層是由微小顆粒等制成，則隨 著它們的聚集漫射屬性提高，然而降低透射率。此外，發(fā)射的光以各個角度散射，導(dǎo)致 寬角度的光分布。此外，如例如日本專利公開昭60-130001號公報中描述的，提出一種通過組合 凸起入射表面和全反射表面形成的匯聚透鏡，以將LED元件的寬角度光分布改變?yōu)檎?度光分布以增加強度。匯聚透鏡具有兩種光路一種光路允許透鏡上來自中央布置的 LED元件的入射光基于反射表面的全反射被發(fā)射為相對于透鏡中心軸(光軸)基本平行的 光；以及一種光路允許入射光基于凸起入射表面的折射被收集和發(fā)射為相對于光軸基本 平行的光。發(fā)射相對于光軸的基本平行的光的窄角度光分布的光源單元通過所述兩個光 路實現(xiàn)。在使用一個LED元件的情況下，LED元件的中央布置允許從LED元件發(fā)射的 光被凸起入射表面折射并作為相對于透鏡中心軸對稱的基本平行的光發(fā)射。然而，如果使用多個LED元件，則不能夠中央布置一個LED元件。由此，如 果多個單色LED元件用于匯聚透鏡，則具有多光顏色的各LED元件的位置相對于透鏡中 心軸分別偏向一側(cè)，使得從各個LED元件發(fā)射并且透過凸起入射表面的光的路徑相對于 透鏡中心軸不對稱，造成顏色不均勻。此外，即使凸起入射表面是平坦的，這種軸不對 稱仍然保留，導(dǎo)致顏色不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是支持窄角度光分布和提高包括多個光顏色 的LED元件的安裝有透鏡的發(fā)光單元中的顏色混合屬性。解決問題的手段
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種安裝有透鏡的發(fā)光單元，包括基板；布 置在基板上的多個LED元件；以及透鏡單元，具有關(guān)于基板的作為基本穿過多個LED元 件的重心的旋轉(zhuǎn)對稱軸的法線的旋轉(zhuǎn)體形狀，其中多個LED元件包括多個光顏色的LED 元件，透鏡單元對來自LED元件的光進(jìn)行顏色混合并發(fā)射，其中透鏡單元包括垂直 于基板的法線的發(fā)射表面；從發(fā)射表面朝基板凸起地延伸的反射表面；從反射表面的基 板側(cè)的末端朝發(fā)射表面折轉(zhuǎn)的側(cè)入射表面；以及上部入射表面，圍住側(cè)入射表面不與反 射表面接觸的末端，以及其中假設(shè)側(cè)入射表面和上部入射表面之間的任意接觸點，以及 來自距接觸點最遠(yuǎn)的LED元件的光在接觸點處被折射以形成在交點處與發(fā)射表面交的光 路，具有通過連續(xù)連接這種交點形成的半徑的圓內(nèi)的發(fā)射表面具有比圓之外的發(fā)射表面 的漫射角大的漫射角。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過匯聚透鏡實現(xiàn)入射在上部入射表面上的充分的顏色混合，并 且支持窄角度光分布，使得能夠提高發(fā)光單元的顏色混合屬性，因為假設(shè)側(cè)入射表面和 上部入射表面之間的任意接觸點，以及來自距接觸點最遠(yuǎn)的LED元件的光在接觸點處被 折射以形成在交點與發(fā)射表面交的光路，具有通過連續(xù)連接這種交點形成的半徑的圓內(nèi) 的發(fā)射表面具有比該圓之外的發(fā)射表面的漫射角大的漫射角。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地在以上描述的改進(jìn)的發(fā)明中，上部入射表面是垂直于法線 的平坦表面，以及發(fā)射表面在圓內(nèi)的漫射角在圓的周圍區(qū)域中比在圓的中央?yún)^(qū)域中大。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，上部入射表面是垂直于基板的法線的平坦表面的情況允許透鏡中 央的良好的顏色混合屬性，使得通過降低該區(qū)域的漫射，能夠提高光收集屬性。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地在以上描述的改進(jìn)的發(fā)明中，上部入射表面是垂直于法線 的凸起表面，以及發(fā)射表面在圓內(nèi)的漫射角在圓的周圍區(qū)域中比在圓的中央?yún)^(qū)域中小。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，上部入射表面是垂直于基板的法線的凸起表面的情況造成基本平 行于透鏡中心軸的光增加，導(dǎo)致從透鏡中心軸偏移的光收集以及由此導(dǎo)致最差的顏色混 合屬性。然而，能夠通過增加圓的中央?yún)^(qū)域中的漫射以及降低圓的周圍區(qū)域的漫射以最 小漫射角提高顏色混合屬性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的安裝有透鏡的發(fā)光單元的俯視圖。圖2A是圖1的沿線X-X’的截面圖，示出透過單元的上部入射表面的光路，以 及圖2B是示出通過側(cè)入射表面的光路的截面圖。圖3A是示出在本實施例的漫射裝置不存在于發(fā)射表面的情況下通過上部入射表 面的光路的截面圖，以及圖3B是示出在該情況下透過側(cè)入射表面的光路的截面圖。圖4A是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的通過安裝有透鏡的發(fā)光單元中的圓內(nèi)的發(fā)射表 面的光的光分布曲線的圖，以及圖4B是通過該單元中的圓外的發(fā)射表面的光的光分布曲 線的圖。圖5A是在本實施例的漫射裝置不存在于發(fā)射表面的情況下通過圓內(nèi)的光發(fā)射表 面的光的光分布曲線的圖，以及圖5B是在該情況下通過圓之外的發(fā)射表面的光分布曲線 的圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的安裝有透鏡的發(fā)光單元的俯視圖。
圖7是沿著圖6的線X-X’的單元的截面圖。圖8A是示出在本實施例的漫射裝置不存在于發(fā)射表面的情況下通過上部入射表 面的光路的截面圖，以及圖8B是示出在該情況下通過上部入射表面并基本平行于透鏡中 心軸的光路的截面圖。圖9A是通過根據(jù)本發(fā)明第二實施例的安裝有透鏡的發(fā)光單元中的圓內(nèi)的發(fā)射表 面的該圓中央?yún)^(qū)域中的光的光分布曲線的圖，以及圖9B是通過該單元中的該圓內(nèi)的發(fā)射 表面的圓的周圍區(qū)域中的光的光分布曲線的圖。圖10A是在本實施例的漫射裝置不存在于發(fā)射表面的情況下通過圓內(nèi)的發(fā)射表 面的圓的中央?yún)^(qū)域中的光的光分布曲線的圖，以及圖10B是在該情況下通過圓內(nèi)的發(fā)射 表面的該圓周圍區(qū)域中的光的光分布曲線的圖。圖11是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的安裝有透鏡的發(fā)光單元的俯視圖。圖12是沿著圖11的線X-X，的截面圖。圖13A是示出在本實施例的漫射裝置不存在于發(fā)射表面的情況下通過上部入射 表面的光路的截面圖，圖13B是示出在該情況下通過上部入射表面并基本平行于透鏡中 心軸的光路，以及通過凸透鏡的焦點的光的截面圖。圖14A是通過根據(jù)本發(fā)明第三實施例的安裝有透鏡的發(fā)光單元中的圓內(nèi)的發(fā)射 表面的圓的中央?yún)^(qū)域中的光的光分布曲線的圖，圖14B是通過該單元中該圓內(nèi)的發(fā)射表 面的圓周圍區(qū)域中的光的光分布曲線的圖。圖15A是在本實施例的漫射裝置不存在于發(fā)射表面的情況下通過圓內(nèi)的發(fā)射表 面的圓的中央?yún)^(qū)域中的光的光分布曲線的圖，圖15B是在該情況下通過圓內(nèi)的發(fā)射表面 的圓的周圍區(qū)域中的光的光分布曲線的圖。圖16是本發(fā)明的安裝有透鏡的發(fā)光單元的修改示例的俯視圖，以及圖16B是沿 著修改示例的線X-X’的截面圖。附圖標(biāo)記的描述10、20、30安裝有透鏡的發(fā)光單元11 基板12LED 元件13、33透鏡單元14a發(fā)射表面14b反射表面14c側(cè)入射表面14d、34d上部入射表面
具體實施例方式在下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的安裝有透鏡的發(fā)光單元。圖1示出 本實施例的安裝有透鏡的發(fā)光單元的頂面，圖2A和圖2B示出該單元的截面。在附圖 中，省略了透鏡截面的剖面線(對以下也適用)。具有透鏡的安裝有透鏡的發(fā)光單元10 包括基板11;布置在基板11上的多個LED元件12A到12D (整體稱為LED元件12)； 以及透鏡單元13，透鏡單元13具有將基本上通過多個LED元件12的重心的基板11的法線作為旋轉(zhuǎn)對稱軸圍繞的旋轉(zhuǎn)體的形狀。多個LED元件12包括具有多個光顏色的LED 元件12，透鏡單元13對來自LED元件12的光進(jìn)行顏色混合并進(jìn)行發(fā)射。基板11是使用環(huán)氧玻璃、鋁等作為基本材料的板，并且設(shè)置有LED元件的布線 圖案1以用作布置LED元件12的表面。LED元件12是半導(dǎo)體元件，其在被以正向施 加電壓時發(fā)射光。多個LED元件12A到12D的光顏色例如分別是紅(R)、藍(lán)(G)、綠 (B)、黃(Y)等。它們能夠以此方式具有彼此完全不同的光顏色，或能夠包括相同光顏 色的LED元件?？梢詫⒍鄠€LED元件容納在一個封裝中，以便形成并使用發(fā)光二極管 封裝。透鏡單元13由諸如壓克力(acryl)或玻璃的光透明材料制成，并且通過被布置在 LED元件12之前具有收集來自LED元件12的光并將其漫射的功能。透鏡單元13是匯聚透鏡。在日本專利公開昭60-130001號公報中描述了匯聚透 鏡，其包括垂直于基板11的法線的發(fā)射表面14a;從發(fā)射表面14a朝向基板11外凸地 延伸的反射表面14b ；側(cè)入射表面14c，其從基板11的末端、反射表面14b—側(cè)朝發(fā)射 表面14a折轉(zhuǎn)；以及上部入射表面14d，其圍住(bound)側(cè)入射表面14c的不與反射表面 14b接觸的末端。發(fā)射表面14a是設(shè)計用于將入射在透鏡單元13上的光提取出透鏡單元 13的表面。發(fā)射表面14a通過在其上附著漫射片或在其上形成凹凸形狀等來提供漫射功 能。反射表面14b是全反射表面，全反射表面即這樣的表面該表面的傾斜被設(shè)計為允 許入射角等于或大于臨界角，從而當(dāng)光從具有更高折射率的介質(zhì)入射到具有更低折射率 的介質(zhì)上時，全部入射光被反射而不透過不同介質(zhì)之間的邊界表面?？梢栽诜瓷浔砻?4b 上設(shè)置反射材料以進(jìn)一步防止漏光。反射材料的示例是之上具有沉積銀，或經(jīng)多層處理 等的材料。側(cè)入射表面14c是設(shè)計為通過基本垂直于布置LED元件的表面來允許基本全 部入射光到達(dá)反射表面14b的表面。上部入射表面14d基本平行于布置LED元件12的 表面，其是設(shè)計來允許入射到之上的基本全部入射光到達(dá)發(fā)射表面14a的表面。假設(shè)側(cè)入射表面14c和上部入射表面14d之間的任意接觸點P1，并假設(shè)來自距 接觸點P1最遠(yuǎn)的LED元件12A的光在接觸點P1被折射以形成在交點P2與發(fā)射表面14a 交的光路L1，則通過連續(xù)連接這種交點形成的具有半徑D1的圓C1內(nèi)的發(fā)射表面14a具 有比圓C1之外的發(fā)射表面14a的漫射角大的漫射角。漫射角是當(dāng)平行光入射時發(fā)射光 被漫反射的角度。該角由中心強度的半束角(halfbeamangle)定義。作為允許發(fā)射表面 14a具有不同漫射角度的途徑，可以使用在其表面形成微階凹凸形狀以具有不同的漫射角 的漫射片，或使用具有基于漫射材料的含量的不同漫射角的漫射片。還可以直接在透鏡 單元13的表面上形成不同造型的凹凸形狀。凹凸形狀可以是球形的，或可以通過繞軸旋 轉(zhuǎn)橢圓、雙曲、拋物或正弦曲線形成。這里，將描述本實施例的漫射裝置不存在于發(fā)射表面14a的情況。圖3A和圖3B 示出本實施例的漫射裝置不存在于發(fā)射表面14a的情況下的光路。如圖3B所示，從LED 元件12發(fā)射并透過側(cè)入射表面14c的光被透鏡13中的反射表面14b —次全反射，從而基 本平行于透鏡中心軸AX并通過具有半徑D1的圓C1之外的發(fā)射表面14a發(fā)射。在該光 路中，從不同的LED元件12A、12B發(fā)射的光之間幾乎不存在光分布偏移。相反地，如 圖3A所示，從LED元件12發(fā)射并透過上部入射表面14d的光作為LED元件自身的光分 布通過圓C1內(nèi)的發(fā)光元件14a發(fā)射。在該光路中，不同LED元件12A、12B距透鏡中 心軸AX的位置偏移造成光分布的偏移。光分布的偏移造成來自發(fā)射相互不同的顏色光的多個LED元件12A、12B的光的較差的顏色混合，由此導(dǎo)致在本實施例的漫射裝置不 存在的情況下的顏色不均勻。在另一方面，將描述本實施例的漫射裝置存在于發(fā)射表面14a上的情況。圖2A 和圖2B示出本實施例的漫射裝置存在于發(fā)射表面14a上的情況下的光路。如圖2B所 示，從LED元件12發(fā)射并且透過側(cè)入射表面14c的光被反射表面14b全反射，從而通過 圓C1之外的發(fā)射表面14a發(fā)射。在該光路中，因為圓C1之外的發(fā)射表面14a的漫射角 不大，發(fā)射表面14a處的光的漫射降低，使得光分布不被不必要地加寬。相反地，如圖 2A所示，從LED元件12發(fā)射并透過上部入射表面14d的光通過圓C1內(nèi)的發(fā)射表面14a 發(fā)射。該光不經(jīng)由反射表面14b傳播，導(dǎo)致較差的顏色混合屬性，使得圓C1內(nèi)的發(fā)射表 面14a的漫射角較大。由此，在該光路中，光在發(fā)射表面14a處被漫射，由此提高顏色 混合屬性。接著，將描述從安裝有透鏡的發(fā)光單元10發(fā)射的光的光分布曲線。光分布曲線 示出光源或光器具在空間中各個方向上的強度分布。圖4A和圖4B示出在本實施例的漫 射裝置存在的情況下的光分布曲線，圖5A和圖5B示出在本實施例的漫射裝置不存在的 情況下的光分布曲線，其中橫軸代表發(fā)射光與透鏡中心軸AX的角度，縱軸代表每個角度 處的強度。圖4A和圖5A示出光透過圓C1內(nèi)的發(fā)射表面14a的情況，圖4B和圖5B示 出光透過圓C1之外的發(fā)射表面14a的情況。圖4A和圖5A的比較指示出在光透過圓C1 內(nèi)的發(fā)射表面14a的情況下，LED元件12A、12B的光分布曲線之間的差在存在發(fā)射表面 14a的漫射裝置的情況下比不存在的情況小。此外，圖4B和圖5B示出在光透過圓C1之 外的發(fā)射表面14a的情況下，無論存在還是不存在漫射裝置，LED元件12A、12B的光分 布曲線之間的差都較小，其中光分布幾乎不由于發(fā)光表面14a的漫射裝置的存在而加寬。因此，根據(jù)本實施例的安裝有透鏡的發(fā)光單元10，在透鏡單元13的反射表面 14b反射的光中，從不同的LED元件12A、12B發(fā)射的光之間幾乎沒有光分布的偏移， 使得發(fā)射表面14a的發(fā)射反射光的區(qū)域的漫射角不大，由此允許窄角度光分布。此外， 在透過透鏡單元13的上部入射表面14d的光中，不同LED元件12A、12B距透鏡中心軸 AX的各個位置偏移造成光分布的偏移，使得發(fā)射表面14a的發(fā)射這種光的區(qū)域的漫射角 較大，由此使得能夠提高顏色混合屬性并且防止顏色不均勻。換句話說，通過匯聚透鏡 實現(xiàn)入射到上部入射表面14d上的光的充分的顏色混合，以及允許窄角度光分布，使得 能夠提高安裝有透鏡的發(fā)光單元10的顏色混合屬性。接著，將描述根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明第二實施例的安裝有透鏡的發(fā)光單元。圖6示出 本實施例的安裝有透鏡的發(fā)光單元的頂面，圖7示出該單元的截面圖。本實施例的安裝 有透鏡的發(fā)光單元20具有與第一實施例相似的結(jié)構(gòu)，并且上部入射表面14d是垂直于基 板11的法線的平坦表面，且發(fā)射表面14a在圓C1內(nèi)的漫射角在圓C1的周圍區(qū)域大于圓 C1的中央?yún)^(qū)域。更具體地，假設(shè)通過連續(xù)地連接發(fā)射表面14a上的、來自LED元件的 透過上部入射表面14d并基本平行于透鏡中心軸AX的光所到達(dá)的點而形成的圓是距透鏡 中心距離D2的圓C2，圓C2之外且圓C1之內(nèi)的發(fā)射表面14a具有比圓C2內(nèi)的漫射角大 的漫射角。這里，將描述本實施例的漫射裝置不存在于發(fā)射表面14a的情況。圖8A和圖8B 示出在本實施例的漫射裝置不存在于發(fā)射表面14a的情況下的光路。如圖8A所示，具有
7半徑D1的圓C1相似于第一實施例中的圓C1。相反地，如圖8B所示，從LED元件12 發(fā)射并基本平行于透鏡中心軸AX的光L2垂直地入射在上部入射表面14d上，由此根據(jù) 折射率n和折射角0的斯涅爾定律(n sine =n， sin e，)，在邊界表面(上部入 射表面14d)發(fā)射角不改變，并且到達(dá)發(fā)射表面14a，保持基本平行于透鏡中心軸AX，以 從發(fā)射表面14a發(fā)射。LED元件12在發(fā)射表面區(qū)域輸出基本恒定強度，其中光分布形狀 是基本朗伯(Lambertian)形，使得在該光路中，如果多個LED元件12關(guān)于中心軸對稱地 緊密布置，則透鏡中心軸AX附近的顏色混合屬性提高。另一方面，將描述本實施例的漫射裝置存在于發(fā)射表面14a的情況。圖7示出 在本實施例的漫射裝置存在于發(fā)射表面14a的情況下的光路。從LED元件12發(fā)射并且基 本平行于透鏡中心軸AX的光在上部入射表面14d處發(fā)射角不改變，并且到達(dá)圓C2內(nèi)的 發(fā)射表面14a以從其發(fā)射。該光具有良好的顏色混合屬性，使得圓C2內(nèi)的發(fā)射表面14a 的漫射角不大。由此，在該光路中，在發(fā)射表面14a處的光的漫射降低，使得光分布不 被不必要地加寬。此外，從LED元件12發(fā)射并且透過上部入射表面14d且不基本平行 于透鏡中心軸AX的光通過圓C2之外且圓C1之內(nèi)的發(fā)射表面14a發(fā)射。該光在上部入 射表面14d發(fā)射角度改變，造成較差的顏色混合屬性，使得圓C2之外且圓C1之內(nèi)的發(fā) 射表面14a的漫射角變大。由此，在該光路中，光在發(fā)射表面14a處被漫射，由此提高 顏色混合屬性。下面，將描述從本實施例的安裝有透鏡的發(fā)光單元20發(fā)射的光的光分布曲線。 圖9A和圖9B示出在存在本實施例的漫射裝置的情況下的光分布曲線，圖10A和圖10B 示出在不存在本實施例的漫射裝置的情況下的光分布曲線。圖9A和圖10A示出光透過 圓C2內(nèi)的發(fā)射表面14a的情況，圖9B和圖10B示出光透過圓C2之外且圓C1之內(nèi)的發(fā) 射表面14a的情況。圖9A和圖10A示出在光透過圓C2內(nèi)的發(fā)射表面14a的情況下，無 論存在或不存在漫射裝置，LED元件12A、12B的光分布曲線之間的差都較小，其中光分 布幾乎不被發(fā)射表面14a的漫射裝置的存在加寬。此外，圖9B和圖10B的比較指出在光 透過圓C2之外其圓C1之內(nèi)的發(fā)射表面14a的情況下，LED元件12A、12B的光分布曲 線之間的差在存在發(fā)射表面14a的漫射裝置的情況下比不存在的情況下小。因此，在上部入射表面14d是平坦表面的情況下，入射到上部入射表面14d上的 基本平行于透鏡中心軸AX的光L2在透鏡中心軸AX附近在保持基本平行的同時從發(fā)射 表面14a發(fā)射，其中多個LED元件12A、12B關(guān)于中心軸對稱的緊密布置允許良好的顏色 混合屬性，使得在透鏡中心軸AX附近的發(fā)射表面14a的漫射角不大，由此可以防止光分 布不必要地加寬。此外，透過上部入射表面14d的其它光造成較差的光混合屬性，使得 發(fā)射表面14a的發(fā)射這種光的區(qū)域的漫射角較大，由此使得能夠提高顏色混合屬性并且防 止顏色不均勻。換句話說，上部入射表面14d是垂直于基板11的法線的平坦表面的情況 允許在透鏡中心處的良好的顏色混合屬性，使得通過降低該區(qū)域的漫射，能夠提高光收 集屬性。接著，將描述根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的第二實施例的安裝有透鏡的發(fā)光單元。圖11示 出本實施例的安裝有透鏡的發(fā)光單元的頂面，圖12示出該單元的截面。本實施例的安裝 有透鏡的發(fā)光單元30具有與第一實施例中相似的結(jié)構(gòu)，且上部入射表面34d是垂直于基 板11的法線的外凸表面，發(fā)射表面14a在圓C1內(nèi)的漫射角在圓C1的周圍區(qū)域比圓C1的中央?yún)^(qū)域中小。更具體地，假設(shè)通過連續(xù)連接發(fā)射表面14a上的被透過上部入射表面 34d且基本平行于透鏡中心軸AX的來自LED元件的光到達(dá)的點形成的圓是距離透鏡中心 距離D3的圓C3，則圓C3之外且圓C1之內(nèi)的發(fā)射表面14a具有比圓C3內(nèi)的漫射角小的 漫射角。上部入射表面34d具有向下凸的形狀，形成凸透鏡。這里，將描述本實施例的漫射裝置不存在于發(fā)射表面14a的情況。圖13A和圖 13B示出本實施例的漫射裝置不存在于發(fā)射表面14a的情況下的光路。如圖13A所示， 具有半徑D1的圓C1相似于第一實施例中的圓C1。相反地，如圖13B所示，從LED元 件12發(fā)射并從接近上部入射表面34d(凸透鏡)的焦點入射的光L3A被折射為基本平行于 透鏡中心軸AX的光。在焦點處收集從LED元件12發(fā)射并且基本平行于透鏡中心軸AX 的光L3B。由此，光被收集在凸起形狀的周圍內(nèi)以從發(fā)射表面14a發(fā)射，在該光路中， 來自不同的LED元件12A、12B的光的光分布形狀之間的差變大。在另一方面，將描述本實施例的漫射裝置存在于發(fā)射表面14a上的情況。圖12 示出在本實施例的漫射裝置存在于發(fā)射表面14a的情況下的光路。從不同的LED元件 12A、12B發(fā)射并且通過圓C3內(nèi)的發(fā)射表面14a發(fā)射的光造成彼此光分布形狀的較大差 異，使得圓C3內(nèi)的發(fā)射表面14a的漫射角較大。由此，在該光路中，光在發(fā)射表面14a 處漫射，由此提高顏色混合屬性。此外，圓C3之外且圓C1之內(nèi)的發(fā)射表面14a的漫射 角較小，使得在發(fā)射表面14a的光的漫射降低，由此防止光分布不必要地加寬。接著，將描述從本實施例的安裝有透鏡的發(fā)光單元30發(fā)射的光的光分布曲線。 圖14A和圖14B示出在存在本實施例的漫射裝置的情況下的光分布曲線，圖15A和圖15B 示出在不存在本實施例的漫射裝置的情況下的光分布曲線。圖14A和圖15A示出光透過 圓C3內(nèi)的發(fā)射表面14a的情況，圖14B和圖15B示出光透過圓C3之外且圓C1之內(nèi)的發(fā) 射表面14a的情況。圖14A和圖15A的比較指出在光透過圓C3內(nèi)的發(fā)射表面14a的情 況下，LED元件12A、12B的光分布曲線之間的差在存在發(fā)射表面14a的漫射裝置的情況 下比不存在的情況下小。此外，圖14B和圖15B示出在光透過圓C3之外且C1之內(nèi)的發(fā) 射表面14a的情況下，無論存在或不存在漫射裝置，LED元件12A、12B的光分布曲線之 間的差都相對較小，其中光分布不被存在發(fā)射表面14a的漫射裝置而大量加寬。由此，在上部入射表面34d是凸起表面的情況下，入射在上部入射表面34d的來 自接近由凸起表面形成的凸透鏡焦點的光L3A變?yōu)榛酒叫杏谕哥R中心軸AX，而在焦點 處收集平行于透鏡中心軸AX入射的光L3B。其兩者均從透鏡中心軸AX附近的發(fā)射表 面14a發(fā)射，其中來自不同LED12A、12B的光分布形狀之間的差較大，造成較差的混合 屬性，使得透鏡中心軸AX附近的發(fā)射表面14a的漫射角較大，由此使得能夠提高顏色混 合屬性和防止顏色不均勻。此外，透過上部入射表面34d的其它光不造成較差的顏色混 合屬性，使得發(fā)射表面14a的發(fā)射這種光的區(qū)域的漫射角較小，由此使得能夠防止光分布 不必要地加寬。換句話說，上部入射表面34d是垂直于基板11的法線的凸起表面的情況 造成基本平行于透鏡中心軸的光增加，導(dǎo)致光收集從透鏡中心軸AX偏移，由此導(dǎo)致最差 的顏色混合屬性。然而，通過增加圓C1的中央?yún)^(qū)域中的漫射并且通過降低圓C1的周圍 區(qū)域中的漫射，能夠提高最小漫射角的顏色混合屬性。接著，將描述本發(fā)明的安裝有透鏡的發(fā)光單元10、20、30的修改示例。圖16A 示出安裝有透鏡的發(fā)光單元的頂面，圖16B示出該單元的橫截面。為了提高LED元件12的光提取效率，可以在基板11的發(fā)射表面?zhèn)壬显O(shè)置類似硅樹脂的密封帽19。通過允許該 密封帽19為半球形，LED元件12的光分布形狀變?yōu)榛纠什?，盡管光收集到一定程 度，使得上面描述的各個實施例的特征能夠按照原樣應(yīng)用。應(yīng)注意本發(fā)明不限于以上的實施例的結(jié)構(gòu)，可能存在各種修改。例如，LED元 件12的光顏色不限于四種顏色，可以是使用三個LED元件12的三種顏色。本發(fā)明基于日本專利申請2008-113516，其內(nèi)容在此通過引用該專利申請的說明 書和附圖并入本發(fā)明。以上參照附圖通過實施例充分描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯可知各種改 變和修改是可能的。因此，這些改變和修改應(yīng)理解為落入本發(fā)明的范圍內(nèi)而不背離本發(fā) 明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種安裝有透鏡的發(fā)光單元，包括基板；布置在所述基板上的多個發(fā)光二極管LED元件；以及透鏡單元，具有關(guān)于基板的作為基本穿過所述多個LED元件的重心的旋轉(zhuǎn)對稱軸的 法線的旋轉(zhuǎn)體形狀，其中所述多個LED元件包括多個光顏色的LED元件，所述透鏡單元 對來自LED元件的光進(jìn)行顏色混合并發(fā)射，其中所述透鏡單元包括垂直于所述基板的法線的發(fā)射表面；從所述發(fā)射表面朝所 述基板凸起地延伸的反射表面；從所述反射表面的所述基板側(cè)的末端朝所述發(fā)射表面折 轉(zhuǎn)的側(cè)入射表面；以及上部入射表面，其圍住所述側(cè)入射表面不與所述反射表面接觸的 末端，以及其中假設(shè)所述側(cè)入射表面和所述上部入射表面之間的任意接觸點，以及來自距所述 接觸點最遠(yuǎn)的LED元件的光在所述接觸點處被折射以形成在交點處與所述發(fā)射表面相交 的光路，具有通過連續(xù)連接這種交點而形成的半徑的圓內(nèi)的發(fā)射表面具有比所述圓之外 的發(fā)射表面的漫射角大的漫射角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安裝有透鏡的發(fā)光單元，其中所述上部入射表面是垂直于所述法線的平坦表面，以及其中所述發(fā)射表面在所述圓內(nèi)的漫射角在所述圓的周圍區(qū)域中比在所述圓的中央?yún)^(qū) 域中大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安裝有透鏡的發(fā)光單元，其中所述上部入射表面是垂直于所述法線的凸起表面，以及其中所述發(fā)射表面在所述圓內(nèi)的漫射角在所述圓的周圍區(qū)域中比在所述圓的中央?yún)^(qū) 域中小。
全文摘要
在包括多個光顏色LED元件的安裝有透鏡的發(fā)光單元中，支持窄角度光分布，并提高顏色混合屬性。安裝有透鏡的發(fā)光單元10包括布置在基板11上的具有多個光顏色的LED元件12(12A到12D)，及具有旋轉(zhuǎn)體形狀的透鏡單元11以對來自LED元件12的光進(jìn)行顏色混合和發(fā)射。假設(shè)位于透鏡單元13的側(cè)入射表面14c和上部入射表面14d之間的任意接觸點P1，且來自距接觸點P1最遠(yuǎn)的LED元件12A的光在接觸點P1被折射以形成在交點P2與發(fā)射表面14a交的光路L1，通過連續(xù)連接這種交點形成的圓C1之內(nèi)的發(fā)射表面14a具有比圓C1之外的發(fā)射表面14a的漫射角大的漫射角。這支持窄角度光分布，并能夠提高顏色混合屬性。
文檔編號F21V5/04GK102017199SQ200980114608
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者關(guān)井廣行, 松林容子, 田中健一郎 申請人:松下電工株式會社