CN106226850B - 一种球面透镜发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种球面透镜及具有该球面透镜的发光器件，本发明提供的球面透镜，在其球弧形的出光表面自中心位置向底面方向依次设有第一光增透区域、第二光增透区域及光减弱区域，所述出光表面为等于或小于微米级粗糙度的表面，所述第一光增透区域、第二光增透区域及光减弱区域的表面粗糙度呈三阶梯状增大，所述第一光增透区域的表面粗糙度不变，所述第二光增透区域及光减弱区域的表面粗糙度由中心位置向底面方向均匀递增。对于表面具有电极遮光的发光芯片，可改善出光的均匀性，增大第一光增透区域及第二光增透区域的出光强度，同时有效减少了整个发光器件的杂散光。
Description
技术领域
本发明涉及照明显示领域，具体涉及一种结构简单、高辐射强度、具有良好辐射空间分布及辐射曲线上无多余的杂散光的球面透镜及具有该球面透镜的发光器件。
背景技术
随着红外触摸屏、电子白板的广泛应用，为了保证触摸的准确性，要求红外发光管在光学性能上有较高的精确度和一致性，否则可能会出现触摸不灵敏的情况。红外发光管要求具有较高的辐射强度，以确保在大尺寸屏幕上有足够的发射距离；另外，多点触控的要求则需要红外发光管有更宽的光分布以产生更密集的“光网”。发光强度与发光角度，这两者本身就是一对相互矛盾的参数，很难兼顾。
如现有红外发光管的发光芯片为红外LED芯片，红外LED芯片的出光表面设有用于焊接的电极如图1(a)所示，包括：自下而上依次层叠的N型基底层401’、N型层402’、发光层403’、P型层404’，及设置P型层404’表面的电极405’；在发光层发出的光线被电极遮挡致使在中间位置的出光强度降低，按常规方式制备出来的红外发光管的出光曲线如图1(b)所示，在倾斜于LED芯片的出光表面的法向方向10°内的光强因电极的遮挡明显下降形成凹陷结构，越至中间位置光强降低越明显。现有的透镜更多是的通过设计其外形来达到想要的出光曲线，因透镜材料的折射率一致，单纯依靠球面外形，很难设计出特定要求的出光曲线。如中国实用新型专利申请号为：CN201220662326.7公开的一种集成大功率LED透镜，其外形采用花生壳状，使光出射后达到一矩形光，但无法保证该矩形光的光强的均匀性。
发明内容
为此，本发明基于发光表面设有电极阻挡出射光的LED芯片，提供一种结构简单、高辐射强度、具有良好辐射空间分布及辐射曲线上无多余的杂散光的球面透镜及具有该球面透镜的发光器件。
为达到上述目的，本发明提供的一种球面透镜，包括：透镜本体，所述透镜本体设有一底面及球弧形出光表面，所述球弧形出光表面具有相对于底面的最顶端的中心位置，自中心位置向底面方向的出光表面依次设有第一光增透区域、第二光增透区域及光减弱区域，所述第一光增透区域、第二光增透区域及光减弱区域的表面的粗糙度分别是第一粗糙度、第二粗糙度和第三粗糙度，第一粗糙度、第二粗糙度和第三粗糙度均等于或小于微米级，其中：第一光增透区域的表面的第一粗糙度不变，第二光增透区域表面的第二粗糙度及光减弱区域表面的第三粗糙度均是具有以由中心位置向底面方向上呈均匀递增的变化趋势，并且第一粗糙度、第二粗糙度和第三粗糙度呈三阶梯状增大。
进一步的，所述出光表面的中心位置与底面的中心点的连接线为中心线，所述第一光增透区域包括出光表面的中心位置及向外延伸至倾斜于中心线5°-15°的区域。
进一步的，所述出光表面的中心位置与底面的中心点的连接线为中心线，第二光增透区域为第一光增透区域的外边缘至倾斜于中心线20°-50°的区域。
进一步的，所述第一粗糙度为不变的纳米级粗糙度。
再进一步的，所述第二粗糙度为0.1μm-0.4μm范围内均匀递增的亚微米级粗糙度。
又进一步的，所述第三粗糙度为0.6μm-1μm范围内均匀递增的亚微米级粗糙度。
进一步的，所述底面的中心点的位置向内凹陷设置一容置发光芯片的容置凹腔。
再进一步的，所述容置凹腔外的底面还设有一反光层。
本发明还提供一种发光器件，至少包括上述所述的球面透镜。
通过本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：
自中心位置向底面方向的出光表面依次设有第一光增透区域、第二光增透区域及光减弱区域，所述第一光增透区域、第二光增透区域及光减弱区域的表面粗糙度呈三阶梯状增大，所述第一光增透区域的第一粗糙度不变，在第一光增透区域内的出射光直接射出，第二光增透区域的第二粗糙度由中心位置向底面方向上呈均匀递增，在出光的同时，该区域的出射光可通过粗糙表面折射至第一光增透区域的位置，进而补偿第一光增透区域的出光强度，弥补因发光芯片的电极遮挡光线造成的低光量，明显改善出光的均匀性；光减弱区域的第三粗糙度大，光射向光减弱区域的粗糙表面，其一部分光形成全反射，向内全反射的光有机会通过底面等反射进而从第一光增透区域或第二光增透区域射出，增加光增透区域的出光强度，减少从光减弱区域射出的光线，有效减少了整个发光器件的杂散光。
附图说明
图1(a)所示为现有技术中红外LED芯片的结构示意图；
图1(b)所示为现有技术中红外发光管的光效示意图；
图2所示为本实施例中球面透镜的立体示意图；
图3所示为本实施例中球面透镜的截面示意图；
图4所示为本实施例中红外发光管的立体示意图；
图5所示为本实施例中红外发光管的截面示意图；
图6所示为本实施例中球面透镜的局面出光放大示意图；
图7所示为经本发明改善后的出光光效示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本实施例针对背景技术中的不足之处，采用本发明揭示的技术方案进行改善。
参照图2至图3所示，本实施例提供的一种球面透镜10，包括：一半椭圆球体的透镜本体101，其材质为环氧树脂，所述透镜本体101设有一底面1011及球弧形出光表面，所述球弧形出光表面具有相对于底面的最顶端的中心位置A1，所述中心位置A1与底面1011的中心点A2的连接线作为中心线A1-A2，所述底面1011的中心点A2的位置向内凹陷设置一容置发光芯片的容置凹腔105。出光表面的中心位置A1至倾斜于中心线A1-A2 10°的表面为第一光增透区域102，该第一光增透区域102的表面的粗糙度为纳米级的第一粗糙度，且第一光增透区域的表面的第一粗糙度不变，均设为50nm。自第一光增透区域102外边缘至倾斜于中心线A1-A2 30°的表面为第二光增透区域103，第二光增透区域103的表面的粗糙度为亚微米级的第二粗糙度，且第二粗糙度由中心位置向底面方向上呈均匀递增，在本实施例中，第二光增透区域103的表面粗糙度以0.1μm递增至0.4μm。倾斜大于30°区域的出光表面为光减弱区域104，光减弱区域104的表面的粗糙度为亚微米级的第三粗糙度，且第三粗糙度由中心位置向底面方向上呈均匀递增，本实施例中以0.6μm递增至1μm。第一粗糙度、第二粗糙度和第三粗糙度呈三阶梯状增大。
本实施例中，所述容置凹腔105外的底面1011还设有一反光层(未示出)。该反光层为镀银层，增大反射率。
参照图4至图6所示，本实施例中，以红外发光管为例，提供一种红外发光管的发光器件，包括：一壳体20、设置在该壳体内的基板30、封装在该基板30上的红外LED芯片40、以及设置在壳体20上并包覆红外LED芯片40的上述的球面透镜10，该红外LED芯片40为图1(a)所示结构的芯片，并置于球面透镜10的容置凹腔105内。
该红外发光管工作时，红外LED芯片40发光并经球面透镜10的出光表面射出，所述第一光增透区域102的表面的第一粗糙度为50nm，属于亮光泽度表面，出光效率高，可在第一光增透区域102内的出射光直接射出。在其他实施例中，也可以采用其他纳米级粗糙度。
所述第二光增透区域103的第二粗糙度为0.1μm-0.4μm均匀递增的亚微米级粗糙度，光出射至该第二光增透区域103的表面时，会有一小部分的光折射至中间区域，即第一光增透区域102内的出射光的区域，可增强中间区域的出射光强，且第二粗糙度由中心位置向底面方向上呈均匀递增，增加向中间方向折射的光量(向外折射的光线有机会被粗糙度更大的粗糙表面反射至向内方向，如图6所示)。且表面粗糙度为0.1μm-0.4μm，对光的损失小。
所述光减弱区域104表面的第三粗糙度为0.6μm-1μm递增的亚微米级粗糙度，光出射至该光减弱区域104的表面时，较大的粗糙面增大光的全发射率，光线被反射至球面透镜10的底面1011，进而被设置在底面1011的反光层反射，从第一光增透区域102或第二光增透区域103射出，增加第一光增透区域102及第二光增透区域103的出光强度，减少从光减弱区域104射出的光线，有效减少了整个发光器件的杂散光。其表面粗糙度为0.6μm-1μm递增与第二光增透区域103的原理相同。在其他实施例中，也可以增大至微米级的粗糙度。
本实施例中，球面透镜10的第一光增透区域102为出光表面的中心位置A1至倾斜于中心线A1-A2 10°的表面，第二光增透区域103为自第一光增透区域102外边缘至倾斜于中心线A1-A2 30°的表面。此设计是针对背景技术图1(b)中红外发光管的光效图进行改善所得出的具体数值，图1(b)中，在10°范围内的光强衰减，所以，本实施例中将其设为第一光增透区域102，保证接近无损耗出光。在30°范围内为主要出光，所以将该区域设置设第二光增透区域103。在30°范围外光效迅速衰减，则将其设置为光减弱区域104，让该区域内的光尽可能的达到全反射的效果，在增加第一光增透区域102及第二光增透区域103的出光量的同时减少从该区域内出射的杂散光。通过本实施例的设计，其出光效果如图7所示，在10°范围内的光强明显增大，令在30°范围内的所有区域的出光达到均匀，整体出光量增加。在其他实施例中，各区域的范围并不局限如此，可根据不同的出光效果进行调整，其第一光增透区域102可向外延伸至倾斜于中心线A1-A2 5°-15°的区域，第二光增透区域103可向外延伸至至倾斜于中心线A1-A2 20°-50°的区域。
通过本发明提供的技术方案，自中心位置向底面方向的出光表面依次设有第一光增透区域、第二光增透区域及光减弱区域，所述第一光增透区域、第二光增透区域及光减弱区域的表面粗糙度呈三阶梯状增大，所述第一光增透区域的第一粗糙度不变，在第一光增透区域内的出射光直接射出，第二光增透区域的第二粗糙度由中心位置向底面方向上呈均匀递增，在出光的同时，该区域的出射光可通过粗糙表面折射至第一光增透区域的位置，进而补偿第一光增透区域的出光强度，弥补因发光芯片的电极遮挡光线造成的低光量，明显改善出光的均匀性；光减弱区域的第三粗糙度大，光射向光减弱区域的粗糙表面，其一部分光形成全反射，向内全反射的光有机会通过底面等反射进而从第一光增透区域或第二光增透区域射出，增加光增透区域的出光强度，减少从光减弱区域射出的光线，有效减少了整个发光器件的杂散光。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种球面透镜，包括：透镜本体，所述透镜本体设有一底面及球弧形出光表面，所述球弧形出光表面具有相对于底面的最顶端的中心位置，其特征在于：自中心位置向底面方向的出光表面依次设有第一光增透区域、第二光增透区域及光减弱区域，所述第一光增透区域、第二光增透区域及光减弱区域的表面的粗糙度分别是第一粗糙度、第二粗糙度和第三粗糙度，第一粗糙度、第二粗糙度和第三粗糙度均等于或小于微米级，其中：第一光增透区域的表面的第一粗糙度不变，第二光增透区域表面的第二粗糙度及光减弱区域表面的第三粗糙度均是具有以由中心位置向底面方向上呈均匀递增的变化趋势，并且第一粗糙度、第二粗糙度和第三粗糙度呈三阶梯状增大。
2.根据权利要求1所述的球面透镜，其特征在于：所述出光表面的中心位置与底面的中心点的连接线作为中心线，所述第一光增透区域包括出光表面的中心位置及向外延伸至倾斜于中心线5°-15°的区域。
3.根据权利要求1或2所述的球面透镜，其特征在于：所述出光表面的中心位置与底面的中心点的连接线作为中心线，第二光增透区域为第一光增透区域的外边缘至倾斜于中心线20°-50°的区域。
4.根据权利要求1所述的球面透镜，其特征在于：所述第一粗糙度为不变的纳米级粗糙度。
5.根据权利要求4所述的球面透镜，其特征在于：所述第二粗糙度为0.1μm-0.4μm范围内均匀递增的亚微米级粗糙度。
6.根据权利要求5所述的球面透镜，其特征在于：所述第三粗糙度为0.6μm-1μm范围内均匀递增的亚微米级粗糙度。
7.根据权利要求1所述的球面透镜，其特征在于：所述底面的中心点的位置向内凹陷设置一容置发光芯片的容置凹腔。
8.根据权利要求7所述的球面透镜，其特征在于：所述容置凹腔外的底面还设有一反光层。
9.一种发光器件，其特征在于：至少包括如上权利要求1-8任一所述的球面透镜。
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