TW200936953A - Structure of LED lens with reflective film - Google Patents

Description

200936953 〇4i>TV,'728i 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係為一種具反射膜之發光二極體透鏡結構，特別為 一種應用於發光二極體封裝之具反射膜之發光二極體透鏡結 構。 【先前技術】 發光二極體是一種半導體元件，其具有體積小、壽命長、 ®耗電量低、反應速率快、耐震性特佳等優點。由於發光二極體 效能及其亮度不斷的在進步，除了已經取代過於耗電的白熾 燈、鹵素燈，並且在高亮度發光二極體問世後，就連螢光燈、 高壓氣體放電燈等也開始逐漸被取而代之。因此發光二極體從 過去只能用在電子裝置的狀態指示燈，進步到可應用於液晶顯 示器的背光模組，再擴展到電子照明及公眾顯示，如車用燈、 交通號誌燈、看板訊息跑馬燈、大型影視牆，甚至是投影機内 φ 的照明等，且其應用仍在持續延伸。 然而發光二極體為一種點光源，與傳統管狀燈泡所發出連 續且均勻分布之面光源有很大的不同，所以容易產生光場分布 不均勻等問題，如：局部區域之光強度過量或不足。有鑑於上 述問題，實際應用發光二極體時，多半會在發光二極體上加設 透鏡結構，藉以幫助改變發光二極體之出光角度，以達到所需 之光場分布。此外，由於光場分布不均勻會進一步導致物體顏 色失真，使得物體的原始色彩在實際照明時將無法真實呈現。 5 200936953 . , * 如中華民國新型專利申請案第295796號之「LED封裝結 構」中揭露了一種LED封裝結構，其包括：一基板；一紅光、 一綠光及一藍光發光半導體元件；以及複數個凹透鏡結構。每 一發光半導體元件上皆覆蓋有凹透鏡結構，藉由凹透鏡結構可 使知母一發光半導體元件之側向出光強度變大。 然而，上述前案中的凹透鏡結構只增加了發光二極體的側 向發光強度，並無法同時改善其他方向的發光強度。故，如何 ❹忐使得發光二極體各方向發光強度能得以被調控，將可増加光 場均勻度，並進一步改善上述缺點。 【發明内容】 為改善上述發光二極體光場分布不均勻之問題，本發明係 藉由反射膜之設置，以不同厚度設計之反射膜控制光通量與穿 透率，並配合第一透鏡，使得反射膜與第一透鏡之結構可調控 發光二極體之出光角度，進而達到發出各種形式光場分布之目 ❹的。 為達上述目的，本發明提供一種具反射膜之發光二極體透 鏡結構，其包括：一第一透鏡，其具有：一第一表面，其係為 平面，一弟一表面，其係由第一表面之邊緣延伸；以及一第 二表面，其係為一曲面，相接於第二表面並與該第一表面相對 6又置；以及一反射膜，設置於第三表面上。 藉由本發明的實施’至少可達到下列進步功效： 一、利用反射膜之厚度可調控光通量與反射量，進而產生各種 6 200936953 07ί1：'!ΛΠ) 形式之光場分布。 祕" 二、藉由反射膜之設置，使得發光二極體可發出強度連續且均 勻之光束。 為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術内容並據 以實施，且根據本說明書所揭露之内容、中利_及胃 式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優 點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優 點。 、* ❹ 【實施方式】 第1圖係為本發明之-種具反射膜之發光二極體透鏡結構 實施態樣一。第2圖係為一種使用銀金屬膜片之厚度與穿透率 /反射率關係圖。第3圖係為一種使用鋁金屬犋片之厚度與穿 透率/反射率關係圖。第4圖係為本發明之一種具反射膜之發 光二極體透鏡結構實施態樣二。第5圖係為本發明之一種具反 ❹射膜之發光二極體透鏡結構實施態樣三。第6圖係為本發明之 一種具反射膜之發光二極體透鏡結構實施態樣四。第7圖係為 ^头半球狀封裝結構之發光二極體光場分布圖。第8圖係為本 發月之種具反射膜之發光二極體透鏡結構應用光場分布圖 第9圖係為本發明之一種具反射膜之發光二極體透鏡結構 應用光場分布圖二》 如第1圖所示’本實施例係為一種具反射膜之發光二極體 透鏡結構實施態樣一，其包括：一第一透鏡1〇;以及一反射膜 7 200936953 20 ° 第一透鏡10，其具有·· 一第一表面11 ; 一第二表面12; 以及一第三表面13。第一透鏡10可以為任何導光性物質，且 其結構可以為一多邊型結構、一圓柱型結構、一球型結構、或 一非球型結構。第一透鏡10可用以調控發光二極體之出光角 度。 第一表面11，為第一透鏡10之底面，其可以為一平面， 當光線入射至第一表面11後，光線可自第一表面11入射至第 〇 一透鏡10。如第1圖所示，又第一表面11可進一步具有一凹 槽結構14,其係用以嵌入一發光二極體，並可固定發光二極體 之位置，以達到定位效果。 第二表面12，係由第一表面11之邊緣延伸。又第二表面 12可以為任何形式，如：多邊型、圓柱型、球型或非球型，其 功能為幫助調控側邊光束的折射以及反射角度。 第三表面13,係可以為一凹陷或凸起曲面，且第三表面 ❿ 13可以為一平滑曲面、一粗糖曲面、一球型曲面或一非球型曲 面…等。第三表面13相接於第二表面12，並與第一表面11 相對設置，即設置於第一表面11正上方處。當位於第一表面 11之發光二極體開啟時，光線將入射至第一表面11，且接著 入射至第二表面12及第三表面13。此時第三表面13之曲率設 計將可幫助調控入射反射膜20之光線入射與折射角度。 反射膜20，設置於第三表面13上，其係可以為一全反射 膜、一半穿透半反射膜、一半穿透半反射光學膜片、一多層光 8 200936953 學膜片或一金屬膜片…等。反射膜2 n批“丄ώ 川係用以調控被第三表面 光線核反伽2G之料，而雛發光二極 體之光通讀穿透率，如㈣厚度之金相片，會對光線產生 不同穿透率/反射率。再配合透鏡料，將使得具反射膜之發 光二極體透鏡結構能呈現各種形式光場分布。 反射膜20可以為-金屬膜片，如：銀金屬膜片、銘金屬 膜片…等’且可以為均-厚度或是非等厚度。如第2圖所示， 銀金屬膜片厚度約為Η奈求時，穿透率/反射率大約相等而 當銀金屬膜片厚度大於40奈米時，則幾乎已呈現全反射的狀 態。又如第3圖所示，鋁金屬膜片厚度約為7奈米時，穿透率 /反射率大約相等，而當鋁金屬膜片厚度大於2〇奈米時，也同 樣幾乎已呈現全反射的狀態。依據上述金屬膜片特性，可依照 不同厚度设计出各種穿透率/反射率金屬膜片。 由於金屬膜片之穿透率/反射率會隨金屬膜片種類及厚度 而變化，故可藉由不同金屬膜片與不同厚度，如金屬膜片中央 ❹之厚度小於兩側之厚度設計，使得中央與兩侧具不同之穿透率 /反射率’藉以調控發光二極體之光通量與穿透率。 上述之具反射膜之發光二極體透鏡結構，其可進一步於反 射膜20上設置一第二透鏡30、一螢光粉層40或一螢光粉層 40及一第三透鏡50 ’相關實施例說明如下： 如第4圖所示，本實施例係為一種具反射膜之發光二極體 透鏡結構實施態樣一 ’其係進一步具有一第二透鏡3 0。第二透 鏡30具有一第四表面31及一第五表面32，其中第四表面31 200936953 係藉由光學膠與反射膜20貼合，而第五表面32則與反射膜2〇 之端部及第二表面U形成一連續曲面。 第二透鏡30之材質可以為一導光物質，與第—透鏡相 同或是不相同之導光物質，並且其可以配合第一透鏡1〇設計 為多邊型結構、圓柱型結構、球型結構、或非球型結構，用以 調控由反射膜20出光之光場分布。 如第5圖所示，本實施例係為一種具反射膜之發光二極體 ❹透鏡結構實施態樣三，其係進一步具有一螢光粉層4〇，内含螢 光粉且設置於反射膜20上。螢光粉用以調整發光二極體之顏 色與色溫，不同比例之螢光粉所調配出來的顏色會有些許的不 同，這樣混色的技巧決定了顏色的細腻度，以及白光所呈現出 的亮度。 如第6圖所示，本實施例係為一種具反射膜之發光二極體 透鏡結構實施態樣四，其係進一步具有一螢光粉層4〇;以及一 第三透鏡50。螢光粉層40,設置於反射膜2〇上，不同比例螢 〇光粉決疋具反射膜之發光二極體透鏡出光顏色，且螢光粉混色 技巧將決定了顏色的豐富度。 第三透鏡50,其具有一第六表面51及—第七表面52，其 中第六表面51係與螢光粉層40貼合，而第七表面52則與反 射膜20之端部及第二表面12形成一連續曲面。第三透鏡5〇 之材質可以與第一透鏡10相同或是不相同之導光物質，並且 可以配合第一透鏡10設計為多邊型結構、圓柱型結構、球型 結構、或非球型結構，第三透鏡50設置之目的為幫助調控透 200936953 過反射膜20折射且經過螢光粉層4〇出光之光場分布。 習知半球狀發光二極體封裝，若發光二極體發出之光為朗 伯漫（lambertian)分布，則封裝後之發光二極體光場分佈如 ㈣所示，同樣也是呈現朗伯漫分布。但藉由具反射膜之發 光二極體透鏡結構實施態樣二’其中第—透鏡ig、第二透鏡 50與反射膜20冑為球型結構，並難反_ 2Q厚度，則可改 變發光二極體光場分佈。如第2圖所示，若使用銀金屬膜片， ❹ ❹ 並控制膜厚大於40奈米，且再依不.射肖度驢，使得每 -處之入射光穿透係數皆為（U ’即可得f|j如第8圖所示之應 用光場分布®-，其為在視A 6〇度時有最幼對發光強产^ 侧向光場分布。 如第3圖所示，還可以藉由使用銘金屬膜片將光穿透 調整為0.5，並控制鋁金屬膜厚介於6至8奈米，再依不同 射角度做調整’使得每-處之人射光穿透係數皆為Q 5, 得到如第9圖所示之應用光場分布圖二，其為強度均勻之、θ 分布。 &二之光場 惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟 習該技術者能瞭解本發明之内容並據以實施，而非限定本發明' 之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成^等 效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 第1圖係為本發明之一種具反射膜之發光二極體透鏡結構實施 11 200936953 聊 ί編m: 態樣一。 第2圖係為一種使用銀金屬膜片之厚度與穿透率/反射率關係 圖。 第3圖係為一種使用鋁金屬膜片之厚度與穿透率/反射率關係 圖。 第4圖係為本發明之一種具反射膜之發光二極體透鏡結構實施 態樣二。 第5圖係為本發明之一種具反射膜之發光二極體透鏡結構實施 ®態樣三。 第6圖係為本發明之一種具反射膜之發光二極體透鏡結構實施 態樣四。 第7圖係為習知半球狀封裝結構之發光二極體光場分布圖。 第8圖係為本發明之一種具反射膜之發光二極體透鏡結構應用 光場分布圖一。 第9圖係為本發明之一種具反射膜之發光二極體透鏡結構應用 ❿光場分布圖二。 【主要元件符號說明】 10 ........第一透鏡 11 ........第一表面 12 ........第二表面 13 ........第三表面 14 ........凹槽結構 12 200936953 20........反射膜 30 ........第二透鏡 31 ........第四表面 32 ........第五表面 40........螢光粉層 50 ........第三透鏡 51 ........第六表面 52 ........第七表面 ❹

Claims (1)

1. 200936953 十、申請專利範圍： 1· 一種具反射膜之發光二極體透鏡結構，其包括： 一第一透鏡，其具有：一第一表面，其係為一平面；一第 一表面，其係由該第一表面之邊緣延伸；以及一第二表 面，其係為一曲面，相接於該笫二表面並與該第一表面 相對設置；以及 一反射膜，設置於該第三表面上。 2. 如申請專利範圍第1項所述之具反射膜之發光二極體透鏡 ❹ 結構，其中該第一透鏡係為一多邊塑結構、一圓柱型結構: 一球型結構、或一非球型結構。 3. 如申請專利範圍第1項所述之具反射膜之發光二極體透鏡 結構’其中該第一表面係具有一凹槽結構。 4. 如申請專利範圍第1項所述之具反射膜之發光二極體透鏡 結構’其中該第三表面係為係為一凹陷曲面或一凸起曲面。 5. 如申請專利範圍第1項所述之具反射膜之發光二極體透鏡 φ 結構，其中該第三表面係為一平滑曲面、一粗糙曲面、一 球型曲面、或一非球型曲面。 6. 如申請專利範圍第1項所述之具反射膜之發光二極體透鏡 結構’其中該反射膜係為一全反射膜。 7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體透鏡結構，其中 該反射膜係為一半穿透半反射膜。 8. 如申請專利範圍第1項所述之具反射膜之發光二極體透鏡 結構’其中該反射膜係為一半穿透半反射光學膜片。 200936953 I ::睛=範圍第1項所述之具反射膜之發光二極體透鏡 、-構其中該反射膜係為一多層光學膜片結構。 ι〇·:η:範圍第1項所述之具反射膜之發光二極體透鏡 …構j其中該反射膜係為一銀金屬膜片。 範圍第1項所述之具反射膜之發光二極體透鏡 ’、該反射膜係為一 I呂金屬膜片。 ❹ I2::請:利範圍第1項所述之具反射膜之發光二極體透鏡 、σ冓〃中該反射膜之厚度係為均一厚度。 13=请ί利範圍第1項所述之具反射膜之發光二極體透鏡 ^冓，/、中該反射膜之厚度係為非等厚度。 14· =申料利範圍第1項所述之具反射膜之發光二極體透鏡 結構，其進—步具有—第二透鏡，其具有一第四表面及一 第五表面，其中該第四表面係與該反射膜貼合而該第五 表面則與該反射膜之端部及該第二表面形成一連續曲面。 .如申凊專利範圍第1項所述之發光二極體透鏡結構，其進 —步具有一螢光粉層，其係設置於該反射膜上。 .如申請專利範圍第1項所述之具反射膜之發光二極體透鏡 、'。構，其進一步具有一螢光粉層，其係設置於該反射膜上； =、及第二透鏡’其具有一第六表面及一第七表面，其中 該第六表面係與該螢光粉層貼合，而該第七表面則與該反 、膜獏之^部及該第二表面形成一連續曲面。 15