CN103378280B - 发光二极管的透镜 - Google Patents

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Abstract

一种透镜，其用于对发光二极管芯片发出的光线进行调节，该透镜包括入光面及出光面，该出光面位于该透镜的侧向且环绕该入光面，该透镜还包括一反射面，该反射面的中部向该入光面凹陷，该反射面的边缘与该出光面相连，该反射面同时倾斜朝向该入光面及出光面，自该入光面射入该透镜的光线一部分射向该反射面，另一部分直接由出光面射出，该反射面的反射率大于折射率，射向该反射面的一部分光线被反射至该出光面射出透镜，射向该反射面的另一部分光线直接从反射面射出透镜外部，该出光面的透射率大于反射率。本发明还揭示了一种使用该透镜的发光二极管。

Description

发光二极管的透镜
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，特别涉及一种发光二极管的透镜。
背景技术
发光二极管作为一种高效的光源，具有环保、省电、寿命长等诸多特点，已经被广泛的运用于诸多领域，如生活照明、背光光源等。
现有的发光二极管的出光角度一般为120°，此较小的出光角度使得发光二极管光源相当于面光源。与传动光源大角度的出光范围相比，发光二极管光源较小的出光角度具有诸多缺失。且最新的美国能源之星要求可替代传统灯泡的发光二极管球泡灯需要角度大于180度。因此如何发挥发光二极管的节能的优势，将光形分布设计达到甚至优于传统光源灯具，以发挥发光二极管的优势加速其在应用领域的推广也是一个亟待解决的问题，对于室内灯具来说这更是一个极大的挑战和商机。由此，发光二极管光源设计中，二次光学设计日益凸显。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有较大出光角的发光二极管及其透镜。
一种透镜，其用于对发光二极管芯片发出的光线进行调节，该透镜包括入光面及出光面，该出光面位于该透镜的侧向且环绕该入光面，该透镜还包括一反射面，该反射面的中部向该入光面凹陷，该反射面的边缘与该出光面相连，该反射面同时倾斜朝向该入光面及出光面，自该入光面射入该透镜的光线一部分射向该反射面，另一部分直接由出光面射出，该反射面的反射率大于折射率，射向该反射面的一部分光线被反射至该出光面射出透镜，射向该反射面的另一部分光线直接从反射面射出透镜外部，该出光面的透射率大于反射率。
一种发光二极管，包括发光二极管芯片及透镜，该透镜其用于对发光二极管芯片发出的光线进行调节，该透镜包括入光面及出光面，该出光面位于该透镜的侧向且环绕该入光面，该透镜还包括一反射面，该反射面的中部向该入光面凹陷，该反射面的边缘与该出光面相连，该反射面同时倾斜朝向该入光面及出光面，自该入光面射入该透镜的光线一部分射向该反射面，另一部分直接由出光面射出，该反射面的反射率大于折射率，射向该反射面的一部分光线被反射至该出光面射出透镜，射向该反射面的另一部分光线直接从反射面射出透镜外部，该出光面的透射率大于反射率，该发光二极管芯片正对该入光面。
本发明中的发光二极管，其透镜的反射面与入光面及出光面倾斜相对，且该反射面的反射率大于透射率，如此，可保证较多的光线由该反射面反射至位于该透镜侧向的出光面，从而使该发光二极管的出光角度大于180°，获得更大角度的出射光线，接近传统照明灯具的照射范围的效果。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例中的发光二极管的剖视图。
图2为图1所示的发光二极管的透镜的立体图。
图3为图2中的透镜于另一方向的立体图。
图4为图1所示发光二极管的工作原理示意图。
图5为图1所示发光二极管的配光曲线图。
主要元件符号说明
发光二极管 100
基座 10
发光二极管芯片 20
透镜 30
近光端 31
第一出光面 311
底壁 312
凹槽 3120
第一槽部 3121
第二槽部 3122
凸起部 3123
凸柱 3124
入光面 313
第一入光部 3131
第二入光部 3132
缺槽 314
台阶 315
远光端 32
第二出光面 321
反射面 323
最低点 3230
最高点 3231
水平端缘 3232
过渡曲面 3233
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，本发明实施方式提供的发光二极管100包括一基座10、设于该基座10上的发光二极管芯片20及罩设于该发光二极管芯片上的一透镜30。
请一并参阅图2至图3，所述透镜30包括相互连接一近光端31及一远光端32，其中该近光端31靠近该发光二极管芯片20，该远光端32远离该发光二极管芯片20，且该近光端31与远光端32共轴。
该近光端31的底部朝向该发光二极管芯片20，该近光端31的顶部与该远光端32一体连接。该近光端31大致呈圆柱状，该近光端31包括一第一出光面311及一底壁312。该第一出光面311为该近光端31的圆周面。该底壁312位于该近光端31的底部。该近光端31的外径自该底壁312向该远光端32逐渐增大。
该底壁312朝向该发光二极管芯片20，该底壁312上设有一凹槽3120，该凹槽3120由浅到深包括一第一槽部3121及一第二槽部3122，其中该第一槽部3121呈矩形，该第二槽部3122呈圆饼状，该第二槽部3122的内壁与该第一槽部3121的内部呈相切关系，该第一槽部3121、第二槽部3122与该近光端31共轴。该凹槽3120的底部，即该第二槽部3122的底部为一入光面313，该入光面313包括位于中部的第一入光部3131及围绕于该第一入光部3131***的一第二入光部3132。该第一入光部3131为一圆形平面，该第二入光部3132为一环形的斜面。该第二入光部3132自该第一入光部3131的边缘向该远光端32所在的一侧倾斜延伸，从而使该第二槽部3122的深度自中部向边缘逐渐增大。该入光面313、第一槽部3121的内壁及第二槽部3122的内壁均为透射率大于反射率，以便于发光二极管芯片20产生的光线自所述入光面313、第一槽部3121的内壁及第二槽部3122的内壁进入透镜30中。
该底壁312上于该凹槽3120的相对两侧各设有一凸起部3123，每一凸起部3123呈拱形，每一凸起部3123的拱面与该近光端31的第一出光面311平滑连接。该两凸起部3123之间形成一缺槽314，用于收容该基座10。每一凸起部3123的中部设有沿该透镜30的轴向延伸的一凸柱3124。该凸柱3124呈圆柱状，作为该透镜30的定位结构，用于固定该透镜30。
该远光端32大至呈圆台形，该远光端32的外径自该远光端32与该近光端31连接一端向另一端逐渐增大，该远光端32的圆周面为该透镜30的第二出光面321。该远光端32的最小外径大于该近光端31的最大外径，从而于该第一出光面311与第二出光面321之间形成一环形台阶315。该第二出光面321与第一出光面311相邻。该第一出光面311与第二出光面321为透射率大于反射率，该第一出光面311与第二出光面321位于该透镜30的侧向且环绕该入光面313，以共同构成该透镜30的出光面。
该远光端32的顶部向该入光面313凹陷，从而于该远光端32的顶部形成一漏斗状的反射面323。该反射面323的中心处形成一最低点3230，该最低点3230正对该入光面313的中心。该反射面323的最高点3231形成一个圆环。该反射面323具有一V形的截面，该V形截面包括两条汇聚于该最低点3230的弧线，每一弧线的最小曲率为0.0642，最大曲率为0.1920，每一弧线相对于入光面313的中心的斜率自该最低点3230向该最高点3231逐渐变小，且该反射面的边缘斜率为0，从而在该反射面323的边缘形成一环形的水平端缘3232。该水平端缘3232与该第二出光面321之间形成一环形的过渡曲面3233，该水平端缘3232与该第二出光面321通过该过渡曲面3233平滑连接。该反射面323及过渡曲面3233的反射率大于透射率。
请参阅图4，该发光二极管100工作时，该发光二极管芯片20发出的光线一部分直接通过该透镜30的第一出光面311及第二出光面321从该透镜30的侧向射出，由于该第一出光面311及第二出光面321的透射率大于反射率，从而可以保障该透镜30的侧向出光强度；另一部分光线射至该反射面323及该反射面323边缘的过渡曲面3233。射至该反射面323及过渡曲面3233的光线，一部分被反射至与发光二极管芯片20出光方向相反的一侧而通过该第一出光面311及第二出光面321射出，从而增大该透镜30侧向出射光线的角度，使出光角度大于180°；另一部分从该反射面323及过渡曲面3233射出，由于该反射面323及过渡曲面3233的反射率大于透射率，因此，被该反射面323及过渡曲面3233反射的光线比自该反射面323及过渡曲面3233透射的光线多，从而进一步增大该透镜30侧向出射光线的强度。
由于光线从该透镜30射入空气中时，当入射角大于临界角时，光线即在透镜30与空气的界面处发生全反射，因此，具有上述结构的透镜，可以通过调节反射面323的曲率及其相对于发光二极管芯片20的斜率来调节从反射面323反射至第一、第二出光面311、321的光线的多少及角度，从而便于设计出具有较大出光角度及出光均匀的发光二极管。另外，该透镜30的入光面313的第二入光部3132自其第一入光部3131的边缘向该第二槽部3122的内壁倾斜延伸，从而可以将更多的光线折射至该反射面323，以保证该透镜30的侧向出光。
请参阅图5，以该透镜30的轴向作为发光二极管芯片的0°出光方向，所得该透镜30的配光曲线如图5所示，虚线所示为上述发光二极管100沿垂直于该0°出光方向，即90°方向上的配光曲线，实线所示为上述发光二极管100沿平行于该0°出光方向，即0°方向上的配光曲线。由实线可以看出，该发光二极管100在垂直于该0°出光方向的平面上可以投射出均匀的近似圆形光斑(其中含有由于发光二极管芯片20的位置及形状的影响造成的误差)。由实线可以看出，该发光二极管100出射角度已大于180°，其中90％以上的光线分布于约170°～190°及350°～10°的区间内，10°～160°范围内的光线相对较少，从面保证了发光二极管100侧向出光角度及出光强度。
本发明实施方式的发光二极管100，其透镜的反射面323呈变化的斜率与入光面313及第一出光面311、第二出光面321倾斜相对，且该反射面323的反射率大于透射率，如此，可保证发光二极管芯片20发出的多数光线由该反射面323反射至位于该透镜侧向的第一、第二出光面311、321，从而使该发光二极管的出光角度大于180°，获得更大角度的出射光线，接近传统照明灯具的照射范围的效果。在具体应用中，上述发光二极管100，可以排布成环形、圆形或方形等图案，以获得更为均匀的光照。
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分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 (7)

1.一种透镜，其用于对发光二极管芯片发出的光线进行调节，该透镜包括入光面及出光面，该出光面位于该透镜的侧向且环绕该入光面，其特征在于：该透镜还包括一反射面，该反射面的中部向该入光面凹陷，该反射面的边缘与该出光面相连，该反射面同时倾斜朝向该入光面及出光面，自该入光面射入该透镜的光线一部分射向该反射面，另一部分直接由出光面射出，该反射面的反射率大于折射率，射向该反射面的一部分光线被反射至该出光面射出透镜，射向该反射面的另一部分光线直接从反射面射出透镜外部，该出光面的透射率大于反射率；反射面为漏斗状，该反射面的中心处形成一最低点，该最低点正对该入光面的中心；该反射面具有一V形的截面，该V形截面包括两条汇聚于该最低点的弧线，每一弧线的最小曲率为0.0642，最大曲率为0.1920，每一弧线相对于入光面的中心的斜率自该最低点向外逐渐变小。
2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：该反射面的边缘斜率为0，从而在该反射面的边缘形成一环形的水平端缘，该水平端缘与该出光面之间形成一环形的过渡曲面，该水平端缘与该出光面通过该过渡曲面平滑连接，过渡曲面的反射率大于透射率。
3.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：该透镜包括近光端及远光端，该近光端呈圆柱状，该远光端呈圆台状，该近光端与远光端共轴，该入光面形成于该近光端的底部，该近光端的顶部与该远光端的底部连接，该反射面形成于该远光端的顶部，该近光端的圆周面形成一第一出光面，该远光端的圆周面上形成一第二出光面，第一出光面与第二出光面相邻且共同组成该出光面。
4.如权利要求3所述的透镜，其特征在于：该近光端的外径自该入光面所在的一侧向该远光端所在一侧逐渐增大，该远光端的外径自该远光端与该近光端连接一端向另一端逐渐增大，该远光端的最小外径大于该近光端的最大外径，从而于该第一出光面与第二出光面之间形成一环形台阶。
5.如权利要求3所述的透镜，其特征在于：该近光端的底部形成一底壁，该底壁上形成一凹槽，该凹槽由浅到深包括一第一槽部及一第二槽部，其中该第一槽部呈矩形，该第二槽部呈圆饼状，该第二槽部的内壁与该第一槽部的内部呈相切关系，该第二槽部的底部形成该入光面。
6.如权利要求5所述的透镜，其特征在于：该底壁上于该凹槽的相对两侧各设有一凸起部，每一凸起部呈拱形，每一凸起部的拱面与该近光端的第一出光面平滑连接，两凸起部之间形成一缺槽，每一凸起部的中部设有沿该透镜的轴向延伸的一凸柱。
7.如权利要求3所述的透镜，其特征在于：该入光面包括位于中部的第一入光部及围绕于该第一入光部***的第二入光部，该第二入光部自该第一入光部的边缘向该远光端所在的一侧倾斜延伸。
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