专利名称：发光二极管及其透镜体的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种发光二极管(Light Emitting Diode, LED)及其透镜体，特别是关 于一种用于高效率显示和照明光学设备中的发光二极管及其透镜体。
背景技术：
近年来，在显示和照明光学设备中，对于环境友好、效率高且使用寿命长的发光二极管 的需求大大增加。现有的发光二极管包括一个半导体发光元件，该半导体发光元件可发出混 合三种基色(RGB)形成的白光。按照半导体发光元件的布置形式可将发光二极管分为直下 式和侧光式两种。如图1所示， 一种直下式发光二极管中，该半导体发光元件11设置于显示屏12的下方， 由于该半导体发光元件ll发出的白光是由混合多个半导体发光元件(例如，红、绿和蓝)发 出的光而形成，所以从三基色半导体发光元件11到显示屏12的距离D1必须达到一定范围以 便充分混合，这样增加了直下式发光二极管的厚度，不利于光源的小型化。如图2所示， 一种侧光式发光二极管中，该半导体发光元件21设置于导光板22的一侧， 从半导体发光元件21发出的光的传播路径23被限定在导光板内，且被导光板22的边界面重复 反射。因此该种侧光式发光二极管具有较好的发光均匀性和色彩调节能力，然而该种侧光式 发光二极管难以应用在大尺寸的显示屏幕中，且光的利用效率不高。为提高光的利用效率，通常可在半导体发光元件的上方设置透镜体，如图3所示， 一种 现有的用于侧光型发光二极管的透镜体31包括入光面32，反射面34，相对于透镜体31的中心 轴35成一定角度的第一折射面36，以及从入光面32延伸到第一折射面36的第二折射面38。从 入光面32的焦点(F)进入透镜体31的光一部分被反射面34反射并且通过第一折射面36射出 透镜体31，光的剩余部分通过第二折射面38射出透镜体31。因此，其可使大部光通过第一折 射面36和第二折射面38射出透镜体31 。通过该透镜体31可改善侧光型发光二极管的辐射特性 ，但由于该透镜体31的第一折射面36为一平面与第二折射面38为单一曲面，其不易调整光的 出射角度及出射光的分布特性。另外，该反射面34仅用于将光引导至透镜体31的侧面，然而 光要在反射面34实现全反射必须满足一定的入射角度范围，这样一部分光因入射角度不满足 全反射所要求的角度范围而直接从反射面34上方出射，致使光的利用效率和均匀性下降。发明内容鉴于以上内容，提供一种光的利用效率富、均匀性好、且体积较小的发光二极管非常必要。另外，还有必要提供一种可以调整出射角度及出射光分布特性的用于发光二极管的透镜体。本发明是关于一种发光二极管，其包括一个半导体发光元件及一个透镜体，该透镜体包 括一个顶面、 一个入光面及一个与顶面相连的侧面，该半导体发光元件与透镜体入光面相邻 ，该顶面为内凹的弧形反射面，该侧面上邻近该顶面设置有第一折射结构，该第一折射结构 具有多个锯齿状结构形成的折射面。一种透镜体，用于发光二极管，该透镜体包括一个顶面、 一个入光面及一个与顶面相 连的侧面，该顶面为内凹的弧形反射面，该侧面上邻近该顶面设置有第一折射结构，该第一 折射结构具有多个锯齿状结构形成的折射面。与现有技术相比，所述透镜体第一折射结构具有多个锯齿状结构形成的折射面，而该折 射面可根据实际需求设置对应的倾斜角度，这样可调整光的出射角度及出射光的辐射分布特 性，从而提高光的利用效率及均匀性。
图l是现有技术中的直下式发光二极管的立体局部示意图；图2是现有技术中的侧光式发光二极管的截面示意图；图3是现有技术中用于发光二极管的透镜体截面示意图；图4是本发明发光二极管第一实施例中的侧视图；图5是本发明发光二极管第一实施例中的截面视图；图6是本发明发光二极管第一实施例中的光路图；图7是本发明发光二极管第二实施例的透镜体截面视图；图8是本发明发光二极管第三实施例的透镜体截面视图；图9是本发明发光二极管第四实施例的透镜体截面视图；图10是本发明发光二极管第五实施例的透镜体截面视图。
具体实施方式
下面将结合附图和多个实施例对本发明的发光二极管及其透镜体作进一步的详细说明。请参阅图4及图5，本发明第一实施例提供一种发光二极管IO，其依次包括封装座100、 半导体发光元件200及透镜体300。封装座100为柱状体，其顶端具有一个凸台101。该半导体发光元件200设置于该凸台
101的中央位置。本实施例中的半导体发光元件200为一个半导体发光芯片。该封装座IOO底 端还设有焊垫102，该焊垫102用于与外电路连接。透镜体300为一种柱状的轴对称结构，其包括一个顶面301、 一个入光面304及一个与该 顶面301相连的侧面。该顶面301为内凹的弧形反射面，其形成一个漏斗状的凹部(图未标) ，该侧面上设置有一个第一折射结构302与一个第二折射结构303，且第一折射结构302邻近 该顶面301，第二折射结构303与第一折射结构302相邻。透镜体300设置于封装座IOO上，其 入光面304内凹形成一个凹陷(图未标)，其尺寸略大于封装座IOO的凸台IOI,组装时所述 凸台101与该凹陷配合而封装与保护半导体发光元件200。该顶面301为弧形反射面，其由不同曲率的弧形面平滑过渡形成，其可将半导体发光元 件200发出的光线通过全反射作用导向第一折射结构302。第一折射结构302的一端与顶面301连接，另一端与第二折射结构303相连且低于顶面 301的底部，其上设置多个锯齿状结构形成的折射面3021。每个折射面3021设置有相同的斜 率，通过调整各折射面3021的斜率可达到调整光的出射角度。可以理解，各个折射面3021也 可设置不同斜率以调整出射光的辐射分布特性。第二折射结构303由于其所对应的出射光通量较少，所以在第一实施例中，第二折射结 构为光滑的圆柱面，用以直接折射半导体发光元件200发出的出射光，如此可以简化透镜体 300的结构。使用时，请参阅图6，半导体发光元件200发出的光，大部分向上传播至顶面301时，由 于顶面301的全反射作用，绝大部分光线被反射至第一折射结构302,通过第一折射结构302 的折射后以一定角度范围射出透镜体300，另外，部分光线直接从第二折射结构303射出透镜 体300。请参阅图7，第二实施例中的透镜体400与第一实施例的透镜体300大体相似，其包括一 个顶面401、 一个第一折射结构402与一个第二折射结构403。其不同之处在于，第一折射结 构402设置有两个折射区，即第一折射区4022与第二折射区4023，每个折射区均包括多个斜 率相同的锯齿状的折射面，且第一折射区4022的折射面与第二折射区4023的折射面的斜率不 同，通过调整第一折射区4022的折射面的斜率及第二折射区4023的折射面的斜率及折射面分 布状态，达到调整光的出射角度及出射光的辐射分布特性。请参阅图8，第三实施例中的透镜体500与第一实施例的透镜体300大体相似，其包括一 个顶面501、 一个第一折射结构502与一个第二折射结构503。该第一折射结构502上设置多个 锯齿状的折射面5021,其不同之处在于，第二折射结构503设置有锯齿状折射面5032用来将
发光二极管出射光经过折射后出射至期望的方向，且第二折射结构503上的折射面5032基本 与第一折射结构501的折射面5021成对称分布。请参阅图9，第四实施例中的透镜体600与第一实施例的透镜体300大体相似，其包括一 个顶面601、 一个第一折射结构602与一个第二折射结构603。其不同之处，在该透镜体600的 顶面601上方设有一个反射层，在本实施例中该反射层为一个反射片604，当用于亮度较高的 发光二极管时，可防止较多光线自发光二极管10顶部出射而在顶部形成亮影，同时还可将顶 面601出射的再次反射入透镜体600。请参阅图IO，第五实施例中的透镜体700与第一实施例的透镜体300大体相似，其包括一 个顶面701、 一个第一折射结构702与一个第二折射结构703。其不同之处在于，该在透镜体 700的反射层为覆盖于顶面701的一层反射膜704，其可防止光直接从顶面701上方出射，从而 减少光的损失提高均匀性。
权利要求
1.一种发光二极管，其包括一个半导体发光元件及一个透镜体，该透镜体包括一个顶面、一个入光面及一个与顶面相连的侧面，该半导体发光元件与透镜体入光面相邻，其特征在于该顶面为内凹的弧形反射面，该侧面上邻近该顶面设置有第一折射结构，该第一折射结构具有多个锯齿状结构形成的折射面。
全文摘要
本发明是关于一种发光二极管，其包括一个半导体发光元件及一个透镜体，该透镜体包括一个顶面、一个入光面及一个与顶面相连的侧面，该半导体发光元件与透镜体入光面相邻，该顶面为内凹的弧形反射面，该侧面上邻近该顶面设置有第一折射结构，该第一折射结构具有多个锯齿状结构形成的折射面。所述透镜体可调整光的出射角度及出射光的辐射分布特性，从而提高光的利用效率及均匀性。
文档编号H01L33/58GK101150159SQ20061020089
公开日2008年3月26日 申请日期2006年9月22日 优先权日2006年9月22日
发明者章绍汉 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司