专利名称：Led面光源透镜的制作方法
技术领域：
本发明揭示一种把LED点光源转变成面光源的透镜，属于半导体照明技术领域。
背景技术：
LED已经广泛用于特殊照明和普通照明领域，LED具有的点光源特性，因此，在很 多应用中，需要把LED点光源转变成面光源。方法之一是把多个LED光源设置在一个平面。 但是，当把上述方法应用于某些领域，特别是对于(1)较少数量的LED点光源；和(2)需要 照射的区域离LED点光源较近，LED的点光源特性仍然很突出。因此，需要一种透镜装置，能把LED的点光源转变成面光源。
发明内容
本发明提供一种透镜，能把LED点光源转变成面光源，即使对于单个LED点光源 也如此，简称为面光源透镜。面光源透镜的一个实施例的结构如下，一透明物体，在其内部 的顶部形成一倒锥体形状的凹部(简称为光反射凹部)，光反射凹部的功能是改变光的传 播方向；在其内部的底部形成一长方体形状或圆柱体形状的凹部(简称为光源凹部)，光 源凹部的功能是在其中设置LED点光源；其中，光源凹部与光反射凹部相对应(优选实施 例光反射凹部的顶点在光源凹部的中心的正上方)；面光源透镜的底部上形成网点，然后 形成一反射层；面光源透镜的顶部上形成凹凸结构；面光源透镜的侧面上形成反射膜。面 光源透镜的功能如下，LED光源发出的光的主要成分从底部进入面光源透镜，照射到光反 射凹部，光反射凹部的侧面改变光的主要成分的传播方向，使其沿与面光源透镜的出光表 面(顶部的表面)几乎平行的方向传播，被面光源透镜的底面上的网点和反射层反射，从面 光源透镜的出光表面射出，从而形成一个与面光源透镜同样大小的面光源，而不再是与LED 封装的出光表面同样大小的点光源。本发明的面光源透镜，其中，(A)面光源透镜的设置是从一组设置中选出，该组设置包括，(1)透明的面光源透 镜，(2)面光源透镜的内部掺杂光散射粒子(light-scattering particle), (3)面光源透 镜的顶部涂覆一层光散射粒子(diffusion particle), (4)面光源透镜的内部掺杂光散射 粒子并且顶部涂覆一层光散射粒子。(B)面光源透镜的顶部的表面的外形是从一组形状中选出，该组形状包括，圆形、 多边形，多边形包括正三角形、正四边形、正六边形，等。(C)面光源透镜的侧面是从一组侧面中选出，该组侧面包括(1)与面光源透镜的 顶部的表面成锐角的侧面，( 与面光源透镜的顶部的表面成直角的侧面，( 与面光源透 镜的顶部的表面成钝角的侧面。(D)面光源透镜的截面的侧面的形状是从一组形状中选出，该组形状包括，直线、 曲线、折线。(E)面光源透镜的侧面的设置是从一组设置中选出，该组设置包括，(1)侧面的表面上形成反射膜，(2)侧面的表面上粘结一反射膜。(F)面光源透镜的顶部的表面的设置是从一组设置中选出，该组设置包括，(1)平 面；(2)顶部的表面上形成凹凸结构，凹凸结构包括，粗化结构、光子晶体结构；(3)顶部的 表面上形成荧光粉膜；(4)上述设置的组合。(G)面光源透镜的底面的设置是从一组设置中选出，该组设置包括，(1)平面，(2) 底面的表面上形成网点，( 底面的表面上形成荧光粉膜，(4)底面的表面上形成反射膜， (5)上述设置的组合。(H)面光源透镜的底面的结构是从一组结构中选出，该组结构包括，(1)平面，(2) 具有光源凹部。(I)像漏斗一样，光反射凹部的底面只有轮廓。光反射凹部的底部的轮廓的形状是 从一组形状中选出，该组形状包括，圆形、多边形，多边形包括正三角形、正方形、正六边形，等。(J)光反射凹部的截面的侧面的形状是从一组形状中选出，该组形状包括，直线、 曲线、折线。(K)光反射凹部的设置是从一组设置中选出，该组设置包括，(1)光反射凹部的侧 面上形成反射膜，(2)光反射凹部中无填充物，(3)光反射凹部的顶部填充反射物。把上述(A)中任意一种面光源透镜的设置、(B)中任意一种面光源透镜的顶部的 表面的外形、(C)中任意一种面光源透镜的侧面、(D)中任意一种面光源透镜的截面的侧面 的形状、(E)中任意一种面光源透镜的侧面的设置、(F)中任意一种面光源透镜的顶部的表 面的设置、(G)中任意一种面光源透镜的底面的设置、(H)中任意一种面光源透镜的底面的 结构、(I)中任意一种光反射凹部的底部的轮廓的形状、(J)中任意一种光反射凹部的截面 的侧面的形状、(K)中任意一种光反射凹部的设置组合在一起即构成本发明的一个实施例。本发明的目的和能达到的效果如下(1)本发明提供的面光源透镜，把单个LED封装的点光源转换成面光源。(2)本发明提供的面光源透镜，易于批量生产。本发明和它的特征及效益将在下面的详细描述中更好的展示。
图1展示面光源透镜的实施例。图2展示面光源透镜的形状、设置、结构的实施例。
具体实施例虽然本发明的实施例将会在下面被描述，但下列各项描述只是说明本发明的原 理，而不是局限本发明于下列各项实施例的描述。注意；下列各项适用于本发明的面光源透镜的所有实施例(1)各个图中各部分的比例不代表实施例的各部分的真实比例。(2)在面光源透镜的内部的顶部形成光反射凹部，光反射凹部的侧面把从面光源 透镜的底部进入而射向顶部的光的主要成分在面光源透镜的内部导向面光源透镜的侧面， 即，入射光进入面光源透镜之后，射在光反射凹部的侧面上，在其作用下，光的主要成分在面光源透镜的内部沿与面光源透镜的出光表面几乎平行的方向传播，被底部的网点和反射 膜导向光源透镜的顶部并从那里射出。(3)面光源透镜的设置是从一组设置中选出，该组设置包括(a)透明的面光源透 镜(例如，图2a) ； (b)面光源透镜的内部掺杂光散射粒子(例如，图2d) ； (c)面光源透镜 的顶部涂覆一层光散射粒子(未在图中展示)；(d)面光源透镜的内部掺杂光散射粒子并且 顶部涂覆一层光散射粒子(未在图中展示)。面光源透镜的不同设置决定了面光源透镜有 两种类型，当面光源透镜采用(a)的设置时，不具有扩散功能。当面光源透镜采用(b)、(c) 和(d)的设置时，具有扩散功能(也可称之为扩散式-面光源透镜，以示区别)。(4)光在扩散式-面光源透镜的内部传播时，同时受到散射和反射作用，而从面光 源透镜的顶部的表面射出。(5)适当的设置扩散式-面光源透镜的光散射比(optical diffusion ratio), 光透射率(total optical transmission)、光反射凹部的特征及分布以及网点的形状和密 度，以达到出射光的亮度均勻性。例如，光散射比可以选在5%至90%之间，光透射率可以 选在40%至95%之间。(6)适当的设置面光源透镜(非扩散式-面光源透镜)的光反射凹部的特征及分 布以及网点的形状和密度，以达到出射光的亮度均勻性。(7)面光源透镜的厚度取决于LED封装的出光表面的线度。(8)面光源透镜的顶部的表面的外形是从一组形状中选出，该组形状包括，(a)圆 形(例如，图la)，(b)多边形，多边形包括正三角形(例如，图Ig)、正方形(例如，图Ie)、 正六边形(例如，图If)，等。(9)面光源透镜的侧面是从一组侧面中选出，该组侧面包括(a)与面光源透镜的 顶部的表面成锐角的侧面(例如，图2f至图2j)，(b)与面光源透镜的顶部的表面成直角的 侧面(例如，图加至图2e)，(c)与面光源透镜的顶部的表面成钝角的侧面(例如，图2k)。(10)面光源透镜的截面的侧面的形状是从一组形状中选出，该组形状包括，(a) 直线(例如，图2f)，(b)曲线(例如，图2g)，(c)折线(例如，图2h)。(11)面光源透镜的侧面的设置是从一组设置中选出，该组设置包括，(a)侧面的 表面上形成反射膜(例如，图2c和图2j)，(b)侧面的表面上粘结一反射膜(例如，图2c和 图 2 j)。(12)面光源透镜的顶部的表面的设置是从一组设置中选出，该组设置包括，(a) 平面(例如，图加)；(b)顶部的表面上形成凹凸结构(例如，图2c和图2j)，凹凸结构包括， 粗化结构、光子晶体结构；(c)顶部的表面上形成荧光粉膜(例如，图加)；(d)上述设置的 组合(未在图中展示)。(13)面光源透镜的底面的设置是从一组设置中选出，该组设置包括，(a)平面(例 如，图加和图2b)，(b)底面的表面上形成网点(例如，图2c和图2j)，(c)底面的表面上形 成荧光粉膜(未在图中展示)，(d)底面的表面上形成反射膜(未在图中展示)，(e)上述设 置的组合(未在图中展示)。(14)面光源透镜的底面的结构是从一组结构中选出，该组结构包括，(a)平面(例 如，图2a)，(b)具有光源凹部(例如，图2b至图2j)。(15)光反射凹部的形状为倒锥体；倒锥体形状包括(a)倒圆锥体形状(例如，图Ia至图Id) ； (b)倒棱锥体形状(例如，图Ie至图Ig)。(16)光反射凹部的高度小于或等于面光源透镜的厚度(图2展示光反射凹部的高 度小于面光源透镜的厚度，对于光反射凹部的高度等于面光源透镜的厚度的情况，未在图 中展示)。(17)光反射凹部的底面的轮廓的最小线度(例如，对于圆形底面，其最小线度为 其直径；对于长方形底面，其最小线度为其短边的边长。)大于等于LED封装的出光表面的 最大线度(例如，对于圆形出光表面，其最大线度为其直径；对于长方形出光表面，其最大 线度为其对角线)。(18)像漏斗一样，光反射凹部的底面只有轮廓。光反射凹部的底面的轮廓的形状 是从一组形状中选出，该组形状包括，但不限于(a)圆形(例如，图Ia至图Id) ； (b)多边 形(例如，图Ie至图Ig)，多边形包括正三角形、正方形、正六边形，等。(19)光反射凹部的截面的侧面的形状是从一组形状中选出，该组形状包括，但不 限于(a)直线(例如，图2k) ； (b)曲线(例如，图2m) ； (c)折线(例如，图2η)；只要光反 射凹部的侧面能把大部分的从面光源透镜的底部进入而射向顶部的光在面光源透镜的内 部转变成射向面光源透镜的侧面的光即可，即，只要使得入射光的主要成分进入面光源透 镜之后，光反射凹部的侧面改变了光的主要成分的传播方向，使其在面光源透镜中沿与面 光源透镜的出光表面几乎平行的方向传播。(20)光反射凹部的设置是从一组设置中选出，该组设置包括(a)光反射凹部中 无填充物(例如，图加)；(b)光反射凹部侧面上形成一层反射膜(例如，图2c和图2j) ； (c) 光反射凹部顶部设置一个与凹部相同形状的反射物体(未在图中展示)。(21)配合采用的LED封装，选择光反射凹部的高度和底面的尺寸，使得光反射凹 部的侧面改变了光的主要成分的传播方向，使其在面光源透镜中沿与面光源透镜的出光表 面几乎平行的方向传播，，使得面光源透镜的出光均勻。(22)在与光反射凹部相对应的位置上，即，在与LED封装的相对应的位置上，对面 光源透镜的底面进行粗化处理，减少入射光的反射。图1展示面光源透镜的实施例。图Ia展示面光源透镜的一个实施例的示意图。面光源透镜101具有圆柱体形状， 其顶部的表面的外形是圆形。面光源透镜101的内部的顶部形成倒圆锥体(漏斗)形状的 光反射凹部102，其底面只有轮廓。面光源透镜101的底面的结构是在其内部的底部形成圆 柱体形状的光源凹部103y。光反射凹部102的顶点在光源凹部103y的中心的正上方。面 光源透镜101的侧面IOlc垂直于面光源透镜101的顶部。图Ib展示图Ia展示的面光源透镜的一个实施例的顶视图。图Ic展示面光源透镜的一个实施例的示意图。圆柱体形状的面光源透镜101的 内部的顶部形成倒圆锥体(漏斗)形状的光反射凹部102，面光源透镜101的底面的结构 是在其内部的底部形成立方体形状的光源凹部103f。光反射凹部102的顶点在光源凹部 103y的中心的正上方。图Id展示图Ic展示的面光源透镜的一个实施例的顶视图。图Ie展示面光源透镜的一个实施例的示意图。面光源透镜101具有长方体形状， 其顶部的表面的外形是四边形。面光源透镜101的内部的顶部形成倒四棱锥体形状的光反
6射凹部102。面光源透镜101的底面的结构是在其内部的底部形成立方体形状的光源凹部 103fo图If展示面光源透镜的一个实施例的顶视图。面光源透镜101具有六方体形状， 其顶部的表面的外形是六边形。面光源透镜101的内部的顶部形成倒六棱锥体形状的光反 射凹部102，面光源透镜101的底面的结构是平面。图Ig展示面光源透镜的一个实施例的顶视图。面光源透镜101具有三棱体形状， 其顶部的表面的外形是三边形。面光源透镜101的内部的顶部形成倒三棱锥体形状的光反 射凹部102，面光源透镜101的底面的结构是平面。图2展示面光源透镜的形状、设置、结构的实施例的截面图。注意，图2展示的面光源透镜的顶部的表面的外形可以是，(1)圆形(例如，图 la)，(2)正多边形，正多边形包括正三角形(例如，图Ig)、正方形(例如，图Ie)、正六边形 (例如，图lf)，等。像漏斗一样，光反射凹部的底面只有轮廓。光反射凹部的底面的轮廓的 形状是从一组形状中选出，该组形状包括(1)圆形(例如，图la)，(2)正多边形，正多边形 包括正三角形(例如，图Ig)、正方形(例如，图Ie)、正六边形(例如，图If)。图加展示本发明的面光源透镜的一个实施例的截面图。面光源透镜201的内部 的顶部形成倒锥体形状的光反射凹部202，光反射凹部202的截面的侧面202c为直线。面 光源透镜201有顶部201t和底部201b。面光源透镜201的底面201b的结构是平面。面 光源透镜201的底面201b的设置是平面。面光源透镜201的侧面201c垂直于面光源透镜 201的顶部201t。面光源透镜201的顶部201t的表面的设置是平面。图2b展示本发明的面光源透镜的一个实施例的截面图。面光源透镜201的内部 的顶部形成倒锥体形状的光反射凹部202。面光源透镜201的底面的结构是具有光源凹部 203。面光源透镜201的底面的设置是平面。图2c展示本发明的面光源透镜的一个实施例的截面图。面光源透镜201的内部 的顶部形成倒锥体形状的光反射凹部202，光反射凹部202的设置是在侧面上具有反射膜 202f，反射膜202f可以是形成在侧面上，也可以是把反射膜粘结在侧面上。面光源透镜201 的顶部的表面的设置是在顶部的表面上形成凹凸结构205，凹凸结构205包括，粗化结构、 光子晶体结构。面光源透镜201的侧面的设置是在侧面上形成反射膜201f。面光源透镜 201的底面的结构是底面具有光源凹部203。面光源透镜201的底面的设置是底面具有网 点 206。图2d展示本发明的面光源透镜的一个实施例的截面图。面光源透镜201a的设置 是其内部掺杂光散射粒子。面光源透镜201a的内部的顶部形成倒锥体形状的光反射凹部 202。面光源透镜201a的底面的结构是底面具有光源凹部203，面光源透镜201a的底面的 设置是底面为平面。图2e展示本发明的面光源透镜的一个实施例的截面图。面光源透镜201的内部 的顶部形成倒锥体形状的光反射凹部202。面光源透镜201的底面的结构是底面具有光源 凹部203。面光源透镜201a顶部的表面的设置是在顶部的表面上形成一荧光粉膜207。图2f展示本发明的面光源透镜的一个实施例的截面图。面光源透镜201的内部 的顶部形成倒锥体形状的光反射凹部202，面光源透镜201的底面的结构是底面具有光源 凹部203，面光源透镜201的侧面201z与面光源透镜201的顶部的表面201t成锐角。侧面201z的形状是直线。图2g展示本发明的面光源透镜的一个实施例的截面图。面光源透镜201的侧面 201q的形状是曲线。图池展示本发明的面光源透镜的一个实施例的截面图。面光源透镜201的侧面 201w的形状是折线。图2j展示本发明的面光源透镜的一个实施例的截面图。面光源透镜201的内部 的顶部形成倒锥体形状的光反射凹部202，光反射凹部202的设置是在侧面上具有反射膜 202f，反射膜202f可以是形成在侧面上，形成的方法包括化学镀和蒸镀，也可以是把反射 膜粘结在侧面上。面光源透镜201的顶部的表面的设置是顶部的表面具有凹凸结构205。 面光源透镜201的侧面的设置是侧面具有反射膜201f，反射膜201f可以是形成在侧面上， 也可以是把一反射膜粘结在侧面上。面光源透镜201的底面的结构是底面具有光源凹部 203，面光源透镜201的底面的设置是底面具有网点206。图业展示本发明的面光源透镜的一个实施例的截面图。面光源透镜201的内部 的顶部形成倒锥体形状的光反射凹部202，面光源透镜201的侧面201c与面光源透镜201 的顶部的表面201t成钝角。面光源透镜201的底面201b的结构是平面。面光源透镜201 的底面201b的设置是平面。图ail展示本发明的面光源透镜的一个实施例的截面图。面光源透镜201的内部 的顶部形成倒锥体形状的光反射凹部202，光反射凹部202的截面的侧面202q是曲线。面 光源透镜201的底面201b的结构是底面201b具有光源凹部203，面光源透镜201的底面 201b的设置是底面201b是平面。图2η展示本发明的面光源透镜的一个实施例的截面图。面光源透镜201的内部 的顶部形成倒锥体形状的光反射凹部202，光反射凹部202的截面的侧面202t是折线。上面的具体的描述并不限制本发明的范围，而只是提供一些本发明的具体化的例 证。因此本发明的涵盖范围应该由权利要求和它们的合法等同物决定，而不是由上述具体 化的详细描述和实施例决定。
权利要求
1.一种LED面光源透镜，包括，一透镜；其特征在于，所述的透镜的内部的顶部形成一 个倒锥体形状的光反射凹部；所述的透镜的侧面是从一组侧面中选出，该组侧面包括(a) 与所述的透镜的顶部的表面成锐角的侧面；(b)与所述的透镜的顶部的表面成直角的侧 面；(c)与所述的透镜的顶部的表面成钝角的侧面；所述的透镜的截面的侧面的形状是从 一组形状中选出，该组形状包括，(a)直线；(b)曲线；(c)折线。
2.权利要求1的LED面光源透镜，其特征在于，所述的透镜的设置是从一组设置中选 出，该组设置包括，(a)透明的透镜；(b)内部掺杂光散射粒子的透镜；(c)顶部涂覆一层光 散射粒子的透镜；(d)内部掺杂光散射粒子并且顶部涂覆一层光散射粒子的透镜。
3.权利要求1的LED面光源透镜，其特征在于，所述的透镜的顶部的表面的外形是从一 组形状中选出，该组形状包括，(a)圆形；(b)多边形。
4.权利要求1的LED面光源透镜，其特征在于，所述的透镜的侧面的设置是从一组设置 中选出，该组设置包括，(a)侧面的表面上形成反射膜；(b)侧面的表面上粘结一反射膜。
5.权利要求1的LED面光源透镜，其特征在于，所述的透镜的顶部的表面的设置是从一 组设置中选出，该组设置包括，(a)平面；(b)顶部的表面上形成凹凸结构，所述的凹凸结构 包括，粗化结构和光子晶体结构；(c)顶部的表面上形成荧光粉膜；(d)上述设置的组合。
6.权利要求1的LED面光源透镜，其特征在于，所述的透镜的底面的设置是从一组设置 中选出，该组设置包括，(a)平面；(b)底面的表面上形成网点；(c)底面的表面上形成荧光 粉膜；(d)底面的表面上形成反射膜；(e)上述设置的组合。
7.权利要求1的LED面光源透镜，其特征在于，所述的透镜的底面的结构是从一组结构 中选出，该组结构包括，(a)平面；(b)具有光源凹部。
8.权利要求1的LED面光源透镜，其特征在于，所述的光反射凹部的底部的轮廓的形状 是从一组形状中选出，该组形状包括，(a)圆形；(b)多边形；多边形包括正三角形、正四边 形、正六边形。
9.权利要求1的LED面光源透镜，其特征在于，所述的光反射凹部的截面的侧面的形状 是从一组形状中选出，该组形状包括，(a)直线；(b)曲线；(c)折线。
10.权利要求1的LED面光源透镜，其特征在于，所述的光反射凹部的设置是从一组设 置中选出，该组设置包括，(a)光反射凹部的侧面上形成反射膜；(b)光反射凹部中无填充 物；(c)光反射凹部的顶部填充反射物。
全文摘要
本发明提供一种面光源透镜，把LED点光源转变成面光源。面光源透镜的一个实施例如下在透镜内部的顶部形成一倒锥体形状的光反射凹部。在透镜内部的底部形成一光源凹部，其功能是在其中设置LED点光源，光源凹部与光反射凹部相对应。面光源透镜的底部上形成网点，然后形成一反射层。面光源透镜的功能如下LED光源发出的光的主要成分从底部进入面光源透镜，照射到光反射凹部，光反射凹部的侧面改变光的主要成分的方向，使其沿与面光源透镜的出光表面几乎平行的方向传播，被面光源透镜的底面上的网点和反射层反射，从面光源透镜的顶部的表面射出，形成一个与面光源透镜同样大小的面光源，而不再是与LED封装的出光表面同样大小的点光源。
文档编号F21Y101/02GK102102847SQ20091025963
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月21日 优先权日2009年12月21日
发明者彭晖 申请人:彭晖, 金芃