RU2508563C2 - Низкопрофильная линза полного внутреннего отражения с боковым излучением для светодиода - Google Patents

Низкопрофильная линза полного внутреннего отражения с боковым излучением для светодиода Download PDF

Info

Publication number
RU2508563C2
RU2508563C2 RU2011118437/28A RU2011118437A RU2508563C2 RU 2508563 C2 RU2508563 C2 RU 2508563C2 RU 2011118437/28 A RU2011118437/28 A RU 2011118437/28A RU 2011118437 A RU2011118437 A RU 2011118437A RU 2508563 C2 RU2508563 C2 RU 2508563C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguides
light
optical element
led
height
Prior art date
Application number
RU2011118437/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011118437A (ru
Inventor
Серж Й. БИРХЭЙЗЕН
Грегори В. ЭНГ
Original Assignee
ФИЛИПС ЛЬЮМИЛДЗ ЛАЙТИНГ КОМПАНИ ЭлЭлСи
Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ФИЛИПС ЛЬЮМИЛДЗ ЛАЙТИНГ КОМПАНИ ЭлЭлСи, Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. filed Critical ФИЛИПС ЛЬЮМИЛДЗ ЛАЙТИНГ КОМПАНИ ЭлЭлСи
Publication of RU2011118437A publication Critical patent/RU2011118437A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2508563C2 publication Critical patent/RU2508563C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0028—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0061—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0071—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source adapted to illuminate a complete hemisphere or a plane extending 360 degrees around the source
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/002—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide, e.g. with collimating, focussing or diverging surfaces
    • G02B6/0021—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide, e.g. with collimating, focussing or diverging surfaces for housing at least a part of the light source, e.g. by forming holes or recesses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0023—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G02B6/0028—Light guide, e.g. taper
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0023—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G02B6/0031—Reflecting element, sheet or layer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

Низкопрофильная линза с боковым излучением для светодиодного кристалла имеет две связки различных волноводов, продолжающихся радиально от центральной светоизлучающей линзы. Светодиод испускает свет в центральную светоизлучающую линзу, которая имеет искривленную поверхность, посредством полного внутреннего отражения отражающую свет светодиода наружу примерно параллельно верхней поверхности светодиодного кристалла. Центральная линза имеет высоту в 2 мм, необходимую для отражения света светодиода наружу. Радиально от периферии нижней половины центральной линзы продолжается нижняя связка волноводов, имеющих высоту 1 мм, а радиально от периферии верхней половины центральной линзы продолжается верхняя связка волноводов, имеющих высоту 1 мм. Выходные световые области верхней и нижней связок волноводов параллельны одна другой таким образом, что боковое излучение высотой 2 мм уменьшается до 1-миллиметрового бокового излучения без сокращения области светоиспускания. Технический результат - уменьшение толщины волновода. 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к линзам для светодиодов и, в частности к очень низкопрофильной линзе для бокового излучения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Светодиодные кристаллы, как правило, испускают свет в очень широком угле, обычно до 90 градусов относительно его центральной оси, причем центральная ось перпендикулярна главной поверхности светодиодного кристалла. Для некоторых применений, таких как подача света в тонкий прямоугольный волновод для задней подсветки тонкого жидкокристаллического дисплея (ЖКД), светодиод выполняется с оптической системой, вызывающей испускание света только, в основном, перпендикулярно своей центральной оси внутри малого угла. В таком случае главная поверхность светодиода параллельна поверхности излучения волновода, и весь светоизлучающий участок линзы бокового излучения находится внутри волновода или оптически связан со стороной этого волновода.
Фиг.1 представляет собой вид сбоку одной из таких структур 10 светодиода с боковым излучением предшествующего уровня техники. Светодиодный кристалл 12 установлен на монтажной субопоре 14, которая имеет верхние электроды, контактирующие с нижними электродами на светодиодном кристалле 12. Верхние электроды субопоры обычно через выводы связаны с жесткими контактами сверху, сбоку или снизу субопоры 14 для соединения с монтажной платой для подачи питания на светодиодный кристалл 12. Над светодиодным кристаллом 12 может быть образован слой люминофора (не показан) для преобразования излучения светодиода в излучение другой длины волны для получения множества цветов. Над верхней частью светодиодного кристалла 12 может быть образован отражательный слой 16, такой как металлический слой, чтобы предотвратить выход света по нормали к главной поверхности светодиода и чтобы отразить по существу весь свет либо назад в светодиодный кристалл 12, либо в стороны.
Структура светодиода с боковым излучением по фиг.1 имеет, по меньшей мере, следующие недостатки, проявляющиеся при ее использовании для подачи света в тонкий волновод для задней подсветки. Эта конструкция имеет недопустимо широкое угловое боковое излучение, что показано некоторыми световыми лучами, исходящими из боковой поверхности примерно под 90°. Зеркало 16 отражает свет назад в светодиодный кристалл 12, что приводит к многочисленным внутренним отражениям света, прежде чем он выйдет с боковой стороны, а каждое отражение ослабляет свет. Зеркало не является эффективным на 100%. А формирование отражательного слоя является сложным этапом.
Описанные недостатки устраняются установкой над светодиодным кристаллом вместо отражательного слоя 16 линзы с боковым излучением, которая использует полное внутреннее отражение, чтобы направить свет параллельно главной поверхности светодиодного кристалла. Однако такая линза увеличивает толщину светодиодной конструкции до величины значительно более 1 мм. Свет, излучаемый с боковой поверхности, невозможно эффективно направить в волновод, толщина которого меньше, чем высота бокового излучения.
Фиг.2 представляет собой вид в поперечном сечении линзы 20 бокового излучения, в которой используется полное внутреннее отражение. С боковой стороны линзы показано несколько световых лучей, которые испускаются от нее. Такая линза, которая введена в настоящее описание в качестве ссылки, описана в патенте США №6473554. Линза - круговая и симметричная относительно своей центральной оси. Поскольку светодиодный кристалл 12 обычно имеет ширину между 0,6 и 1,5 мм, а внутренние углы линзы 20 обычно должны отражать свет параллельно верхней поверхности светодиодного кристалла 12, то требуемая высота линзы 20, диктуемая законами физики, необходима более 1 мм. Для светодиода шириной примерно 1 мм требуемая высота линзы 20 по меньшей мере 2 мм. Увеличение диаметра линзы уменьшает угол светового излучения, поскольку при этом верхней поверхностью линзы 20 большее количество света будет отражаться по сторонам.
Линза 20 не могла бы использоваться для эффективного направления света в волновод толщиной 1 мм.
Существует множество бытовых приборов, которым необходим небольшой дисплей с задней подсветкой. Целью является уменьшение толщины таких дисплеев, и одним из путей уменьшения толщины дисплея является уменьшение толщины волновода задней подсветки. Было бы желательно построить конструкцию светодиода с боковым излучением, которая могла бы эффективно направлять свет в тонкий волновод, такой как волновод толщиной 1 мм.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном варианте исполнения настоящего изобретения низкопрофильная линза с боковым излучением для светодиодного кристалла имеет две связки различных волноводов. Центральная часть линзы имеет воронкообразную форму с вершиной, направленной в центральную часть светодиодного кристалла. Внутренние углы этой воронкообразной формы отражают внутренне свет светодиода, обычно параллельно верхней поверхности светодиодного кристалла. В одном варианте исполнения центральный участок воронки имеет высоту около 2 мм. Соответственно свет будет излучаться из периферии центрального участка воронки в виде 360-градусного кольца света высотой 2 мм.
Из периферийной части нижней половины центрального участка воронки радиально продолжается нижняя связка прямоугольных волноводов, каждый из которых имеет постоянную толщину в 1 мм, которая направляет весь свет, испущенный из нижней половины центрального участка воронки, на выходные световые области нижней связки волноводов. Из периферийной части верхней половины центрального участка воронки радиально продолжается верхняя связка волноводов, каждый из которых имеет постоянную толщину в 1 мм, которая направляет весь свет, испущенный из верхней половины центральной части воронки, на выходные световые области верхней связки волноводов. Каждый из волноводов верхней связки имеет угловой участок, направленный вниз, так что выходные световые области волноводов верхней связки расположены в той же самой плоскости, что и выходные световые области волноводов нижней связки. Поэтому боковое излучение высотой 2 мм, вышедшее из центрального участка воронки, уменьшается до 1- миллиметрового бокового излучения посредством комбинации волноводов верхней и нижней связки. Весь свет от светодиодного кристалла эффективно преобразуется в очень тонкое 360-градусное кольцо света высотой в 1 мм или меньше. Конечно, могут получаться и другие высоты светового излучения.
Вышеописанная техника наполовину уменьшает высоту бокового излучения линзы предшествующего уровня техники по фиг.2.
Бóльшие диаметры линзы бокового излучения уменьшают угол конуса излучения. Обычно эти диаметры заключены между 0,5 см и 3 см.
В другом варианте исполнения верхние и нижние связки волноводов не являются прямоугольными, а имеют клинообразную форму, такую, что внешняя периферия светоизлучающей линзы не имеет зазоров между волноводами.
Над светодиодным кристаллом или над волноводами не требуется формирования никакого отражательного слоя (например, металлического слоя), поскольку все отражение происходит посредством полного внутреннего отражения.
Светодиод может иметь люминофорный слой, так чтобы линза с боковым излучением испускала белый свет для подачи его в 1-миллиметровый волновод для задней подсветки жидкокристаллического дисплея. Конструкция светодиода может быть вставлена в отверстие, выполненное в волноводе для оптической подачи света в волновод.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой вид сбоку простой конструкции светодиода с боковым излучением предшествующего уровня техники.
Фиг.2 представляет собой вид в поперечном сечении линзы предшествующего уровня техники, которая использует полное внутреннее отражение.
Фиг.3 представляет собой перспективный вид сверху одного варианта исполнения низкопрофильной линзы с боковым излучением в соответствии с одним вариантом исполнения настоящего изобретения.
Фиг.4 представляет собой вид сверху линзы по фиг.3.
Фиг.5 представляет собой вид сбоку линзы по фиг.3.
Фиг.6 представляет собой вид в поперечном сечении линзы по фиг.3, выполненном по линии 6-6 фиг.3.
Фиг.7 представляет собой вид в поперечном сечении линзы по фиг.3, выполненном по линии 7-7 фиг.3.
Фиг.8 представляет собой вид сверху другого варианта исполнения низкопрофильной линзы с боковым излучением.
Фиг.9 представляет собой вид сверху линзы по фиг.8.
Фиг.10 представляет собой вид сбоку линзы по фиг.8.
Фиг.11 представляет собой перспективный вид 1-миллиметрового полимерного волновода для задней подсветки небольшого жидкокристаллического дисплея, содержащего светодиод и линзу с боковым излучением по настоящему изобретению.
Фиг.12 представляет собой вид в поперечном сечении синего или ультрафиолетового светодиодного кристалла предшествующего уровня техники, имеющего люминофорное покрытие для излучения света любого цвета, такого как белый, который может быть использован с линзой бокового излучения.
Фиг.13 представляет собой вид в поперечном сечении светодиодного кристалла, имеющего диффузную стеклянную пластинку или люминофорную пластинку, который может быть использован с линзой бокового излучения.
На различных фигурах элементы, обозначенные одними и теми же ссылочными позициями, являются одинаковыми или подобными.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.3 иллюстрирует один вариант исполнения линзы 24 бокового излучения. Фиг.4 и фиг.5 представляют собой различные виды линзы 24. Фиг.6 представляет собой поперечное сечение по линии 6-6 фиг.3, а фиг.7 представляет собой поперечное сечение по линии 7-7 фиг.3. Фиг.5 показывает часть субопоры 14 или монтажную плату, продолжающуюся под линзой 24.
Как показано на фиг.6 и 7, центральный участок 26 линзы имеет симметричную воронкообразную форму с направленной вниз вершиной 28, центрированную относительно светодиодного кристалла 12, такую, что искривленная поверхность воронкообразной формы отражает внутрь по существу весь падающий на нее свет, обычно в стороны, вследствие того, что свет светодиода падает на поверхность линзы под углом, большим, чем критический угол. Может быть некоторая "утечка" света через центральный участок 26, но такая утечка должна быть менее 10% от всего света, испущенного основной поверхностью светодиодного кристалла 12. Внешняя стенка центрального участка 26 является цилиндрической.
Светодиодный кристалл 12 может быть смонтирован на субопоре 14 по фиг.1, которая, в свою очередь, может быть установлена на монтажной плате. Центральный участок 26 может быть кремниевым, выполненным из полимера или иного прозрачного материала, залитого в форме над светодиодным кристаллом 12, полностью инкапсулировав его. Таким инкапсулированием светодиодного кристалла 12, при котором залитый сверху центральный участок 26 сформирован из силикона с высоким показателем преломления, достигается хорошая передача света в этот центральный участок 26.
В варианте исполнения, показанном на фиг. 3-7, высота выхода света центрального участка равна 2 мм, а диаметр - около 5 мм. Могут использоваться также и другие размеры в зависимости от размера светодиодного кристалла 12. Бóльшие по ширине светодиодные кристаллы для достижения требуемой кривизны воронки, обеспечивающей полное внутреннее отражение, потребовали бы более толстый центральный участок 26. Боковое излучение обычно испускается из центрального участка 26 внутри угла в 30°, определенного как угол, в котором свет имеет половинную яркость по сравнению с яркостью света при 0°. Считается, что свет внутри такого угла по существу перпендикулярен главной поверхности светодиодного кристалла, поскольку наиболее яркая часть отраженного света испускается внутри узкого диапазона в районе угла в 0°.
Соответственно, в данном примере, свет будет выходить через внешнюю цилиндрическую стенку центрального участка 26 в виде узкого кольца толщиной 2 мм под узким углом. Чем больше диаметр центрального участка, тем уже угол излучения.
Затем вокруг нижней половины центрального участка 26 формируется радиальная группа прямоугольных волноводов 30 толщиной 1 мм, образующая нижнюю "связку" волноводов. Волноводы 30 могут быть сформированы литьем в форму непосредственно на центральный участок 26 или отформованы отдельно, а затем надстроены над центральным участком 26. Между центральным участком 26 и волноводами 30 даже может быть небольшой воздушный промежуток. Весь свет, испущенный нижней половиной центрального участка 26, оптически подается в волноводы 30, а волноводы 30 направляют этот свет из концов таких волноводов 30, как показано на фиг.3 и 7 световыми лучами 32. Волноводы 30 обычно бывают из того же самого прозрачного материала, который используется для формирования центрального участка 26. Для примера, для нижней связки волноводов показано восемь волноводов 30, но их может быть и больше, и меньше.
После этого вокруг верхней половины центрального участка 26 формируется вторая радиальная группа волноводов 34, имеющих постоянную толщину 1 мм, образующая верхнюю связку волноводов. Направленный под углом вниз участок 36 направляет все лучи, испущенные из верхней половины центрального участка 26, таким образом, чтобы они находились в той же самой плоскости, что и лучи, вышедшие из нижней связки волноводов 30. Такое направление света на фиг.3 и 6 показано световыми лучами 38. Волноводы 34 обычно бывают из того же самого прозрачного материала, который используется для формирования центрального участка 26. Волноводы 34 могут быть сформированы литьем в форму непосредственно над центральным участком 26 или отформованы отдельно, а затем надстроены над центральным участком 26. Между центральным участком 26 и волноводами 34 даже может быть небольшой воздушный промежуток. В данном примере для заполнения пространства между волноводами нижней связки 30 показано восемь волноводов 34. Количество волноводов 34 верхней связки такое же, что и количество волноводов 30 нижней связки.
Высота линзы 24 бокового излучения на выходе волноводов 30/34 всего 1 мм, так что весь свет может быть эффективно подан в волновод задней подсветки, имеющий толщину 1 мм или более. Общая площадь излучения цилиндрической стенки высотой 2 мм центрального участка 26 такая же, что и общая площадь излучения волноводов 30/34 высотой 1 мм. Увеличение диаметра линзы 24 бокового излучения сужает угол конуса испускания до получения плоского светового кольца в 360°.
Чтобы избежать образования каких-либо темных областей между областями выхода излучения волноводов 30 и 34, эти волноводы могут иметь клинообразную форму, как показано на фиг. 8-10. В таком случае выходная область излучения больше, чем область испускания центрального участка 26. Рис.8 показывает нижнюю связку волноводов 40 и верхнюю связку волноводов 42, где волноводы имеют наклоненный вниз участок 44. Работа этой конструкции такая же, как и работа, описанная применительно к фиг. 3-7. Высота выходного излучения линзы 46 бокового излучения по фиг. 8-10 (например, 1 мм) составляет около половины высоты центрального участка 26. Линза 46 может быть изготовлена таким же самым способом, что и линза 24 по фиг. 3-7.
Для светодиодных кристаллов, имеющих ширину менее чем примерно 1 мм, высота выхода излучения центрального участка 26 может быть менее чем 2 мм, а волноводы бокового излучения могут иметь высоту выхода излучения менее чем 1 мм.
Поскольку в обоих вариантах исполнения общая высота области выхода излучения волноводов больше или равна светоизлучающей области центрального участка 26, то этендю центрального участка 26 меньше или равна этендю волноводов, поэтому здесь нет потерь, обусловленных несоразмерностью стыкуемых областей. Вообще говоря, описанная здесь оптическая техника уменьшает высоту источника светового излучения без уменьшения области светоизлучения только лишь использованием полного внутреннего отражения.
Хотя линзы бокового излучения могут использоваться для многих целей, важным назначением является согласование бокового излучения с волноводом. Фиг.11 показывает прозрачный полимерный волновод 50, имеющий толщину в 1 мм. Линза 24 или 46 бокового излучения показана вставленной в отверстие в волноводе 50. Концы волноводов 30/34 в линзе бокового излучения могут упираться во внутреннюю стенку отверстия в волноводе 50 или же там может быть небольшой воздушный зазор. Центральный участок 26 линзы может быть выше или ниже волновода 50, если высота центрального участка 26 больше, чем толщина волновода 50. Волновод 50 по своей нижней поверхности может содержать расположенные под углом отражатели (или может быть выполненным шероховатым), чтобы перенаправлять весь свет в сторону верхней поверхности. Таким образом, верхняя поверхность волновода 50 испускает равномерный свет задней подсветки в жидкокристаллический дисплей. Кроме того, волновод 50 может быть использован для общего освещения или в некоторых иных целях.
Фиг.12 представляет собой вид в поперечном сечении структуры светоизлучающего диода, который сверху может быть залит линзой бокового излучения. Установленный на субопоре 14 светодиодный кристалл 52 может испускать синий или ультрафиолетовый свет. Светодиодный кристалл 52 закрывается люминофором 54, таким как алюмоиттриевый гранат или любая комбинация красного, зеленого или синего люминофоров, так что результирующее световое излучение может быть белым или любого другого цвета. В другом варианте исполнения никакого люминофора не используется, или же люминофор расположен на удалении, как, например, на линзе или с внешней стороны относительно линзы.
Фиг.13 представляет собой вид в поперечном сечении другой структуры светодиода, которая сверху может быть залита линзой бокового излучения. Установленный на субопоре 14 светодиодный кристалл 56 может испускать синий или ультрафиолетовый свет. Затем к верхней поверхности светодиодного кристалла 56 прикреплена пластина из диффузного стекла или люминофорная пластина 58, предназначенная для рассеяния выходящего света и/или изменения его длины волны.
В одном варианте исполнения подложка роста светодиодного кристалла удалена, и он имеет толщину менее 10 микрон. Любой люминофор или диффузное стекло над светодиодом может быть толщиной менее 0,5 мм. Обычный диапазон толщины светодиода не должен влиять на толщину линзы бокового излучения, которая, предпочтительно, отформована над этим светодиодом.
В то время как здесь были показаны и описаны конкретные варианты исполнения настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет очевидно, что в них могут быть внесены изменения и модификации без отклонения от объема данного изобретения в его более широком смысле, поэтому приложенные пункты формулы изобретения в пределах определенного ими объема охватывают все такие изменения и модификации как соответствующие существу и объему настоящего изобретения.

Claims (15)

1. Осветительная система, содержащая:
- светоизлучающий диод (СИД), этот светодиод имеет главную поверхность, которая испускает свет;
- первый оптический элемент над светодиодом, этот первый оптический элемент имеет искривленную поверхность, такую что большая часть света, испущенного этой главной поверхностью, перенаправляется вследствие полного внутреннего отражения в направлении, которое по существу параллельно главной поверхности, где по существу весь свет, испущенный из первого оптического элемента, проходит через первую площадь поверхности первого оптического элемента, при этом первая площадь поверхности имеет первую высоту в направлении, по существу перпендикулярном главной поверхности; и
- второй оптический элемент, оптически сопряженный с первым оптическим элементом таким образом, что воспринимает по существу весь свет, испущенный через первую площадь поверхности первого оптического элемента, при этом второй оптический элемент имеет область выхода света второй высоты, по существу меньшей, чем первая высота, где большая часть света, испущенного областью выхода света, заключена в направлении, по существу параллельном главной поверхности светодиода, и где область выхода света второго оптического элемента имеет вторую площадь поверхности, приблизительно равную первой площади поверхности или больше ее.
2. Система по п.1, в которой первый оптический элемент содержит симметричное круговое тело, имеющее по существу цилиндрическую боковую стенку, через которую свет выходит из первого оптического элемента, верхнюю поверхность первого оптического элемента, имеющую вершину и воронкообразную форму, в которой главная поверхность светодиода по существу центрально расположена под вершиной и в которой верхняя поверхность вследствие полного внутреннего отражения отражает свет светодиода в направлении, которое по существу параллельно главной поверхности.
3. Система по п.1, в которой второй оптический элемент содержит:
- множество первых волноводов, при этом каждый из первых волноводов имеет входной световой конец и выходной световой конец, причем множество первых волноводов расположено радиально вокруг первого оптического элемента таким образом, что входной световой конец каждого из первых волноводов оптически связан таким образом, что принимает свет только от первой части первой площади поверхности первого оптического элемента; и
- множество вторых волноводов, при этом каждый из вторых волноводов имеет входной световой конец и выходной световой конец, причем множество вторых волноводов расположено радиально вокруг первого оптического элемента таким образом, что входной световой конец каждого из вторых волноводов оптически связан таким образом, что принимает свет только от второй части первой площади поверхности первого оптического элемента,
в которой выходные световые концы первых волноводов и вторых волноводов находятся в одной и той же первой плоскости и в которой входные световые концы первых волноводов и вторых волноводов находятся в различных плоскостях.
4. Система по п.3, в которой первый оптический элемент содержит симметричное круговое тело, имеющее по существу цилиндрическую боковую стенку, через которую свет выходит из оптического элемента, верхнюю поверхность первого оптического элемента, имеющую вершину и воронкообразную форму, в которой главная поверхность светодиода по существу центрально расположена под вершиной, и в которой верхняя поверхность вследствие полного внутреннего отражения отражает свет светодиода в направлении, которое по существу параллельно главной поверхности, и в которой первая часть первой площади поверхности первого оптического элемента является первой половиной по существу цилиндрической боковой стенки, а вторая часть первой площади поверхности первого оптического элемента является второй половиной по существу цилиндрической боковой стенки.
5. Система по п.3, в которой первые волноводы и вторые волноводы имеют прямоугольные поперечные сечения.
6. Система по п.3, в которой первые волноводы являются прямоугольными.
7. Система по п.3, в которой вторые волноводы имеют наклоненный участок, который перенаправляет свет, поступающий на входную плоскость, таким образом, что он выходит из вторых волноводов в первой плоскости, отличной от входной плоскости.
8. Система по п.3, в которой входные световые концы первых волноводов находятся в первой плоскости, а входные световые концы вторых волноводов находятся во второй плоскости, отличной от первой плоскости.
9. Система по п.3, в которой первые волноводы имеют клинообразную форму.
10. Система по п.3, в которой вторые волноводы имеют клинообразную форму с наклоненным участком, который перенаправляет свет, поступающий на входную плоскость, таким образом, что он выходит из вторых волноводов в первой плоскости, отличной от входной плоскости.
11. Система по п.3, в которой первые волноводы и вторые волноводы перекрываются там, где первые волноводы и вторые волноводы оптически связаны с первым оптическим элементом.
12. Система по п.1, в которой вторая высота составляет примерно половину от первой высоты.
13. Система по п.1, в которой вторая высота составляет примерно 1 мм или меньше.
14. Система по п.1, в которой второй оптический элемент содержит множество волноводов, расположенных вокруг первого оптического элемента.
15. Система по п.1, в которой второй оптический элемент испускает свет, имеющий кольцевой вид.
RU2011118437/28A 2008-10-10 2009-10-09 Низкопрофильная линза полного внутреннего отражения с боковым излучением для светодиода RU2508563C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/248,968 2008-10-10
US12/248,968 US7837370B2 (en) 2008-10-10 2008-10-10 Low profile side emission TIR lens for LED
PCT/IB2009/054446 WO2010041224A1 (en) 2008-10-10 2009-10-09 Low profile side emission tir lens for led

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011118437A RU2011118437A (ru) 2012-11-20
RU2508563C2 true RU2508563C2 (ru) 2014-02-27

Family

ID=41508276

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011118437/28A RU2508563C2 (ru) 2008-10-10 2009-10-09 Низкопрофильная линза полного внутреннего отражения с боковым излучением для светодиода

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7837370B2 (ru)
EP (1) EP2342593B8 (ru)
JP (1) JP5394497B2 (ru)
KR (2) KR101703831B1 (ru)
CN (1) CN102177451B (ru)
BR (1) BRPI0914047B1 (ru)
RU (1) RU2508563C2 (ru)
TW (1) TWI498509B (ru)
WO (1) WO2010041224A1 (ru)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9081125B2 (en) * 2011-08-08 2015-07-14 Quarkstar Llc Illumination devices including multiple light emitting elements
US8633641B2 (en) * 2011-10-25 2014-01-21 Uniled Lighting Taiwan Inc. Side illumination lens for LED
USD728849S1 (en) 2012-05-03 2015-05-05 Lumenpulse Lighting Inc. LED projection fixture
CN110094666A (zh) 2012-09-13 2019-08-06 夸克星有限责任公司 提供直接和间接照明的照明***
FR2998678B1 (fr) * 2012-11-29 2016-01-08 Valeo Vision Guide de lumiere pour un dispositif optique, notamment d'eclairage et/ou de signalisation
DE102012224079B4 (de) 2012-12-20 2014-08-21 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Lichtleiter mit einer bandförmigen Lichtaustrittsfläche
DE112014000694T5 (de) * 2013-02-06 2015-10-22 Innotec, Corp. Schminkbeleuchtungs- und Betätigungsanordnung für Sonnenblenden von Fahrzeugen
US9464768B2 (en) * 2013-03-14 2016-10-11 Code 3, Inc. Collimating light head including base with projecting dome-like lens
US10473847B2 (en) 2013-07-18 2019-11-12 Quarkstar Llc Illumination device having a light guide with leaky side surfaces
US9664839B2 (en) 2013-09-17 2017-05-30 Quarkstar Llc Illumination device for direct-indirect illumination
CN104864361A (zh) * 2014-02-21 2015-08-26 中节能晶和照明有限公司 Led准直透镜
US9683717B1 (en) 2014-05-12 2017-06-20 Universal Lighting Technologies, Inc. Asymmetric area lens for low-profile lighting system
US9568768B2 (en) 2014-06-28 2017-02-14 Radiant Choice Limited Wavelength mixing optical component
US9488864B2 (en) 2014-06-28 2016-11-08 Radiant Choice Limited Light distributing optical component
EP3187560B1 (en) 2014-08-29 2024-01-17 Furukawa Electric Co., Ltd. Electrically conductive adhesive composition
CN104344353A (zh) * 2014-11-05 2015-02-11 苏州思莱特电子科技有限公司 一种导光装置
US9816681B1 (en) 2015-05-06 2017-11-14 Universal Lighting Technologies, Inc. Side lit indirect flexible lighting system
JP6351881B1 (ja) 2015-05-29 2018-07-04 フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ 複数のｌｅｄからの光を組み合わせた発光装置
US11467345B2 (en) * 2015-08-05 2022-10-11 Playhard, Inc. Systems and methods for a stellate beam splitter
DE102015119557B4 (de) * 2015-11-12 2022-11-10 Sick Ag Sensor
US10274661B1 (en) * 2016-07-28 2019-04-30 Rockwell Collins, Inc. Compact waveguide backlight system and method
TWI798104B (zh) * 2022-06-08 2023-04-01 隆達電子股份有限公司 光源模組

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005273128A (ja) * 2004-02-27 2005-10-06 Tsutomu Senzaki 花輪用発光装置
JP2006113556A (ja) * 2004-10-15 2006-04-27 Samsung Electro Mech Co Ltd Ｌｅｄ光源用レンズ
US7254309B1 (en) * 2006-07-14 2007-08-07 Coretronic Corporation Side emitting LED and lens
US20080123349A1 (en) * 2003-05-13 2008-05-29 Light Prescriptions Innovators, Llc Optical device for led-based lamp

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996030972A1 (de) 1995-03-26 1996-10-03 Pepperl + Fuchs Gmbh Elektrisches verbindungsteil mit kontaktstiften oder -buchsen, wie stecker oder kupplung
DE19642168A1 (de) * 1996-10-12 1998-04-16 Preh Elektro Feinmechanik Optoelektronisches Bauelement
US6473554B1 (en) 1996-12-12 2002-10-29 Teledyne Lighting And Display Products, Inc. Lighting apparatus having low profile
US6607286B2 (en) * 2001-05-04 2003-08-19 Lumileds Lighting, U.S., Llc Lens and lens cap with sawtooth portion for light emitting diode
US6674096B2 (en) * 2001-06-08 2004-01-06 Gelcore Llc Light-emitting diode (LED) package and packaging method for shaping the external light intensity distribution
DE10137605A1 (de) 2001-08-01 2003-02-27 Hella Kg Hueck & Co Leuchte für Fahrzeuge
CN100369274C (zh) * 2001-11-16 2008-02-13 丰田合成株式会社 发光二极管、led灯及灯具
DE10158336B4 (de) * 2001-11-28 2010-12-30 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Leuchte für Fahrzeuge
JP4182784B2 (ja) * 2003-03-14 2008-11-19 豊田合成株式会社 発光装置およびその製造方法
US7118262B2 (en) * 2004-07-23 2006-10-10 Cree, Inc. Reflective optical elements for semiconductor light emitting devices
KR100616598B1 (ko) 2004-08-11 2006-08-28 삼성전기주식회사 발광 다이오드 렌즈 및 이를 구비한 백라이트 모듈
JP4089692B2 (ja) * 2004-09-02 2008-05-28 株式会社パトライト レンズ部品、信号表示灯用表示ユニットおよび信号表示灯
KR100636179B1 (ko) * 2004-09-24 2006-10-19 삼성전자주식회사 Ｌｅｄ를 채용한 조명유닛 및 이를 채용한 화상투사장치
KR100754169B1 (ko) * 2004-11-24 2007-09-03 삼성전자주식회사 측 발광 디바이스 및 이를 광원으로 사용하는 백라이트유닛 및 이를 채용한 액정표시장치
TWI317829B (en) 2004-12-15 2009-12-01 Epistar Corp Led illumination device and application thereof
KR100644684B1 (ko) * 2005-02-26 2006-11-14 삼성전자주식회사 직선형 측 발광기 및 이를 채용한 백라이트 시스템 및 액정표시장치
KR200387493Y1 (ko) * 2005-03-25 2005-06-17 유니티 옵토 테크노로지 주식회사 측발광식 고체 반도체 발광 소자
KR100691179B1 (ko) * 2005-06-01 2007-03-09 삼성전기주식회사 측면 발광형 엘이디 패키지 및 그 제조 방법
US7375382B2 (en) 2005-06-23 2008-05-20 Osram Sylvania, Inc. Direct optical light guide
US7160010B1 (en) * 2005-11-15 2007-01-09 Visteon Global Technologies, Inc. Light manifold for automotive light module
JP4892661B2 (ja) * 2006-08-24 2012-03-07 ニッコー株式会社 超音波モータ用振動子
US20100110673A1 (en) * 2006-10-16 2010-05-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Luminaire with leds
TW200826311A (en) * 2006-12-04 2008-06-16 Prolight Opto Technology Corp Side emitting LED

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080123349A1 (en) * 2003-05-13 2008-05-29 Light Prescriptions Innovators, Llc Optical device for led-based lamp
JP2005273128A (ja) * 2004-02-27 2005-10-06 Tsutomu Senzaki 花輪用発光装置
JP2006113556A (ja) * 2004-10-15 2006-04-27 Samsung Electro Mech Co Ltd Ｌｅｄ光源用レンズ
US7254309B1 (en) * 2006-07-14 2007-08-07 Coretronic Corporation Side emitting LED and lens

Also Published As

Publication number Publication date
US7837370B2 (en) 2010-11-23
KR20110081841A (ko) 2011-07-14
WO2010041224A1 (en) 2010-04-15
RU2011118437A (ru) 2012-11-20
BRPI0914047B1 (pt) 2019-10-22
TWI498509B (zh) 2015-09-01
US20100091498A1 (en) 2010-04-15
EP2342593A1 (en) 2011-07-13
KR20170016517A (ko) 2017-02-13
BRPI0914047A2 (pt) 2015-11-03
KR101837359B1 (ko) 2018-03-29
EP2342593B8 (en) 2013-04-17
KR101703831B1 (ko) 2017-02-08
CN102177451B (zh) 2013-12-04
CN102177451A (zh) 2011-09-07
JP5394497B2 (ja) 2014-01-22
EP2342593B1 (en) 2012-12-12
JP2012505509A (ja) 2012-03-01
TW201024623A (en) 2010-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2508563C2 (ru) Низкопрофильная линза полного внутреннего отражения с боковым излучением для светодиода
KR101289069B1 (ko) 2중 렌즈구조의 ｌｅｄ 패키지 및 이를 구비한액정표시장치
JP5329548B2 (ja) 薄型側面発光ｌｅｄを用いた薄型バックライト
TWI249257B (en) Illumination apparatus
JP5554382B2 (ja) 高出力のコーナーｌｅｄを使用するバックライト
US7566148B2 (en) Side light-emitting device, backlight unit having the side light-emitting device, and liquid crystal display apparatus employing the backlight unit
EP2191521B1 (en) Optical element coupled to low profile side emitting led
KR100722590B1 (ko) 백라이트용 ｌｅｄ 렌즈
JP2004349251A (ja) 輝度プロフィールの生成装置
KR20080066750A (ko) 조사 장치
WO2018214618A1 (zh) 背光模组及液晶显示装置
TW200841089A (en) Light source module and liquid crystal display
KR20080044311A (ko) 이중 기능의 전환기를 갖는 광원을 구비한 직하형 백라이트
TW202109161A (zh) 發光元件、發光模組以及背光模組
WO2020019856A1 (zh) 灯板、背光模组和显示装置
EP2733415B1 (en) Light guide plate, backlight module and display device
KR101012318B1 (ko) 엘이디와 광섬유가 결합된 발광장치
KR20140061574A (ko) Led 조명모듈, 및 이를 포함하는 백라이트 장치 및 이의 제조방법
KR20080044048A (ko) 광학 부품과 이를 구비한 백라이트 유닛

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20190111

PD4A Correction of name of patent owner