专利名称：非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件，具体地讲，涉及一种应用LED光源产生光型(distribution pattern)的光学镜片及其所构成的发光二极管组件，可供单颗或组成LED阵列的照明使用。
背景技术：
发光二极管(LED)具有低电压、低耗电、寿命长的优点，已大量应用于显示(indicator)、照明(illuminator)等领域。然而，由于LED芯片发出的光线为点光源并具有亮度不均匀的特性，所以对于如何聚集光线已有研究学者进行了多项研究，除了缩小芯片、提高发光效率外，使用光学镜片也是重要的技术开发方向。
在LED光学镜片的设计上，可分为一次光学镜片(primary optical lens)和二次光学镜片(secondary optical lens)。一次光学镜片为在LED芯片上直接封装的透镜，一般以聚集(concentrate)光线为主；二次光学镜片为使用在单颗或数颗LED阵列(Array)中的透镜，以分散光束为主。在现有技术的一次光学镜片设计上，例如，ES2157829使用对称的非球面透镜，日本专利JP3032069、JP2002-111068、JP2005-203499、美国专利US2006/187653、中国专利CN101013193等使用球面透镜，日本专利JP2002-221658对Bulk型LED使用球面透镜等。对于高阶的运用，一次光学镜片除了要能聚集光线之外，还需要能够以均匀的光强度(peak intensity)产生特定的光型，例如大角度、小角度、圆形、椭圆形等特殊光型，来搭配LED阵列使用，以产生最佳的光学效果。一次光学镜片的运用如图1所示，在LED芯片21上覆有透镜23，当LED芯片21发射光线时，经由透镜23聚集后发出预定光型的光线。在现有技术的一次光学镜片中，如日本专利JP2004-356512、JP2005-229082、JP2006-072874、JP2007-140524、JP2007-115708、美国专利US2005/162854、US2006/105485、US2006/076568、US2007/114551、US2007/152231、US7,344,902、US7,345,416、US7,352,011、台湾专利TW M332796等使用光学镜片以产生光型；再如日本专利JP60007425、美国专利WO/2007/100837产生椭圆光型等；或如中国专利200710118965.0产生小于160度的矩形、正方形或条状光型等。
随着科技的进步，电子产品不断地朝向轻薄短小以及多功能的方向发展，而在电子产品中，如数字相机(Digital Still Camera)、计算机相机(PC camera)、网络相机(Network camera)、移动电话(手机)等已具备镜头之外，甚至个人数字助理(PDA)等装置也有加上镜头的需求。因此，用于这类产品的LED闪光灯或照明用的LED灯具，常以单颗或多颗LED组件组成阵列。然而，为了携带方便及符合人性化的需求，LED闪光灯或照明用的LED灯具不仅需要符合的光通量，以使不同光型LED组件互相搭配，同时也需要有较小的体积与较低的成本。在LED一次光学镜片的需求上，现有的复杂外型或具有衍射面的光学镜片具有制造困难、塑料射出变形、玻璃不易成型或成本高等缺点。因此，使用外型简单、易于制造的发光二极管镜片设计与组成，可聚集LED发射的光线并以均匀的光强度(peak intensity)产生大于72°且小于108°的正照角圆形光型的LED组件，且光通量比值大于85％的要求，为使用者迫切的需求。
实用新型内容本实用新型主要目的在于提供一种非球面正照角光学镜片，并将其应用于LED组件上。此LED组件由发光二极管芯片(LED die)以发射光线、光学镜片以聚集光线并以均匀光强度形成大于72°且小于108°的正照角圆形光型、在光学镜片与发光二极管间以封胶(seal gel)所填塞构成。其中，光学镜片为具有凹面及凸面的由光学材料所制成的镜片，其凹面为朝向光源的光源侧光学面，其凸面为朝向像侧的像侧光学面，且凹面及凸面中的至少一个光学面为非球面，并可满足以下条件 其中，fs为本光学镜片的有效焦距(effective focal length)的长度，R1为光源侧光学面的曲率半径，R2为像侧光学面的曲率半径，d2为中心轴光学镜片厚度，Nd2为光学镜片的折射率。
为简化制造，光学镜片可更换为具有平凸型的光学镜片，其平面为朝向光源的光源侧光学面，其凸面为朝向像侧的像侧光学面，其像侧光学面为非球面；可满足式(3)及式(4)条件 其中，R2为像侧光学面的曲率半径，d0为中心轴上LED芯片厚度，d1为中心轴上LED芯片表面至光学镜片光源侧光学面距离，d2为中心轴光学镜片厚度，fs为本光学镜片的有效焦距的长度，Nd2为光学镜片的折射率。
本实用新型的另一目的在于，为使用选择方便，光学镜片可为光学玻璃或由光学塑料制成。
本实用新型的又一目的在于提供一种发光二极官组件，其包含如本实用新型所述的非球面正照角光学镜片及发光二极管芯片，其特征在于此发光二极管组件具有大于72°且小于108°的正照角圆形光型、其光通量比值符合大于85％(β/α≥85％)的要求，并满足以下条件
其中， 其中，fs为本光学镜片的有效焦距(effective focal length)的长度、fg为本光学镜片的相当焦距(relative focal length)的长度，R1为光源侧光学面的曲率半径，R2为像侧光学面的曲率半径，2ω为LED芯片发射的光线以中心轴对称的最大角度，
为经由光学镜片射出的光线以中心轴对称的最大角度，α为LED芯片发射的光线的光通量，β为像侧相对无限远处(100倍fs)的光线的光通量。
藉此，本实用新型的非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件可具有大于72°且小于108°的正照角圆形光型，且符合光通量比值大于85％的要求，并且该光学镜片具有简单的形状、厚度薄，易于制造，可用于单颗LED或阵列LED，给予照明使用。
图1是根据现有技术的使用LED光学镜片的LED组件的示意图； 图2是根据本实用新型的使用LED光学镜片的LED组件的示意图； 图3是根据本实用新型的LED光学镜片的LED组件的光路示意图； 图4是根据本实用新型的使用平凸型LED光学镜片的LED组件的示意图； 图5是根据本实用新型的使用平凸型LED光学镜片的LED组件的光路示意图； 图6是根据本实用新型第一实施例的LED组件的光强度分布与照角的极坐标关系图； 图7是根据本实用新型第二实施例的LED组件的光强度分布与照角的极坐标关系图； 图8是根据本实用新型第三实施例的LED组件的光强度分布与照角的极坐标关系图； 图9是根据本实用新型第四实施例的LED组件的光强度分布与照角的极坐标关系图； 图10是根据本实用新型第五实施例的LED组件的光强度分布与照角的极坐标关系图； 图11是根据本实用新型第六实施例的LED组件的光强度分布与照角的极坐标关系图； 图12是根据本实用新型第七实施例的LED组件的光强度分布与照角的极坐标关系图；以及 图13是根据本实用新型第八实施例的LED组件的光强度分布与照角的极坐标关系图。
主要组件符号说明
10LED组件； 11、21LED芯片； 12封胶； 13光学镜片； 14光学镜片； 23透镜； R1光源侧光学面或其曲率半径； R2像侧光学面或其曲率半径； d0中心轴上的LED芯片的厚度； d1中心轴上的LED芯片表面至光学镜片光源侧的光学面的距离； d2中心轴上的光学镜片的厚度； ωLED芯片发射光线的最大角度的一半；
光学镜片反射光型的最大角度的一半； Nd折射率； vd阿贝数； αLED芯片发射的光线的光通量；以及 β像侧相对无限远处光线的光通量。
具体实施方式
为使本实用新型更加明确详实，现列举较佳实施例并配合下列图式，将本实用新型的结构及技术特征详述如下 参照图2所示，图2是根据本实用新型的非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件于LED组件10中的结构示意图。在图2中，沿着中心轴Z由光源至像侧的排列顺序为LED芯片11、封胶12及光学镜片13。当光线由LED芯片11发出后，经由封胶12后，由光学镜片13将光线聚集并形成具有对称于中心轴Z的大于72°且小于108°的正照角圆形光型的光束，该光束对像侧进行照射。光学镜片13为具有凹面及凸面的且由光学材料制成的镜片，其凹面为朝向光源的光源侧光学面R1，其凸面为朝向像侧的像侧光学面R2，且凹面及凸面中的至少一个的光学面为非球面。光学镜片13的光学面R1与R2及有效焦距长度之间满足式(1)、式(2)及式(3)的条件，LED芯片11发射的角度2ω与光学镜片13所形成的光强度形成的光型的角度
满足式(5)的条件。
参照图4所示，图4是根据本实用新型的使用平凸型光学镜片的LED组件的示意图。在图4中，沿着中心轴Z由光源至像侧的排列顺序为LED芯片11、封胶12及平凸型光学镜片14。光线由LED芯片11发出后，经由封胶12后，由光学镜片14将光线聚集并形成具有对称于中心轴Z的大于72°且小于108°的正照角圆形光型的光束，该光束对像侧进行照射。光学镜片14为由光学材料制成的镜片，其平面为朝向光源的光源侧光学面R1，其凸面为朝向像侧的像侧光学面R2，光学面R2为非球面。光学镜片14的光学面R1和R2与有效焦距长度之间满足式(3)及式(4)的条件，LED芯片11发射的角度2ω与光学镜片13所形成的光强度形成的光型的角度
满足式(5)的条件。
请参阅图2及图4，若光学镜片13的光学面R1与R2或光学镜片14的光学面R2由非球面光学面所构成，则其非球面的方程式(Aspherical SurfaceFormula)为式(7) 其中，c是曲率，h为镜片高度，K为圆锥系数(Conic Constant)，A4、A6、A8、A10分别为四、六、八、十阶的非球面系数(Nth Order AsphericalCoefficient)。
请参阅图3，图3是根据本实用新型的LED光学镜片的LED组件的光路示意图。在图3中，LED芯片11发射光线，且该光线的最大角度为2ω(以中心轴Z对称)，该光线经由光学镜片13聚集并折射后以
角度(以中心轴Z对称)形成所需要的光型并满足β/α≥85％的要求，其中，α为LED芯片发射的光线的光通量，β为像侧相对无限远处(100倍fs)光线的光通量，且忽略空气的折射(refraction)与散射(scattering)等效应。再者，该光学镜片13可由光学玻璃或由光学塑料制成。
参照图5所示，图5是根据本实用新型的使用平凸型非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件的光路示意图。LED芯片11发射光线，且该光线的最大角度为2ω(以中心轴Z对称)，该光线经由光学镜片14聚集并折射后以
角度(以中心轴Z对称)形成所需要的光型并满足，β/α≥85％的要求，其中，α为LED芯片反射的光线的光通量，β为像侧相对无限远处(100倍fs)光线的光通量，且忽略空气的折射(refraction)与散射(scattering)等效应。再者，该光学镜片14可由光学玻璃或由光学塑料制成。
根据上述结构，本实用新型的球面正照角发光二极管光学镜片及其所构成的发光二极管组件可符合大于72°且小于108°的正照角圆形光型，使LED组件10可发射预定的光型，且符合光通量比值大于85％(β/α≥85％)的要求，可单颗使用或以不同光型组成阵列使用。
在为说明本实用新型的实际应用的实施例中，以LED芯片11使用1.0x1.0mm尺寸的芯片、光学镜片13(或光学镜片14)使用直径5mm为镜片为例进行说明，从而有利于比较各个实施例的应用情形。然而，LED芯片11尺寸与光学镜片13(或光学镜片14)的直径并不限于上述尺寸。
以下，第一实施例至第四实施例是使用具有凹面和凸面的光学镜片所构成的发光二极管组件，第五实施例至第八实施例是使用平凸型的光学镜片所构成的发光二极管组件。
<第一实施例> 如图2及图6所示，图2和图6分别是根据本实用新型的使用LED光学镜片的LED组件示意图及根据第一实施例的光强度分布与照角的极坐标关系图。
下面的表(一)中分别列有由光源侧至像侧沿中心轴Z的LED芯片11、封胶12、光学镜片13的光源侧光学面R1和像侧光学面R2的曲率半径R(单位mm)(the radius of curvature R)、间距d(单位mm)(the on-axis surfacespacing)，LED芯片11发射的光线的最大角度为2ω(度)、光学镜片13发射的光线光型的最大角度
(度)，各折射率(Nd)、各厚度、各阿贝数(Abbe’snumber)vd。
表(一)
*非球面 在表(一)中，光学面(Surf)有标注*者为非球面光学面。下列表(二)为各光学面的非球面式(7)的各项系数 表(二)
在本实施例中，封胶12是利用折射率Nd1为1.527、阿贝数vd1为34的透明光学硅胶所填塞；光学镜片13是利用折射率Nd2为1.583、阿贝数vd2为61.7的玻璃材料制成。藉由搭配封胶12和光学镜片13的折射系数和阿贝数，形成光线折射角度。LED芯片11发射出α＝12.15流明的蓝光，该蓝光的有效的最大角度为130°。光学镜片13的有效焦距的长度fs为4.20mm，上述蓝光经由该光学镜片13聚集后，以92°正照角于无限远处(以100倍fs计算)的β为11.092流明(忽略空气的折射与散射等效应)。式(1)、(2)、(3)、(5)、(6)及β/α值分别为
β/α＝ 91.29％ 可以满足式(1)、(2)、(3)及式(5)的条件。图3为LED芯片11发射出的光线经过封胶12及学镜片13的光路图的示意图，图6为根据第一实施例的LED组件光强度分布与照角的极坐标关系图。由上述表(一)、表(二)及图6所示，藉此可证明本实用新型的非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件具有简单的面形，易于制造且有预定的光型，其各角度的光强度均一，可提升本实用新型的应用性。
<第二实施例> 请参考图2及图7所示，图2和图7分别为根据本实用新型的使用LED光学镜片的LED组件的示意图及根据第二实施例的光强度分布与照角的极坐标关系图。
下面的表(三)中分别列有由光源侧至像侧沿中心轴Z的各光学面曲率半径R、间距d，LED芯片11发射的光线的最大角度为2ω、光学镜片13发射的光线光型的最大角度
，各折射率(Nd)、各阿贝数vd。表(四)为各光学面的非球面式(7)的各项系数。
表(三)
*非球面 表(四)
在本实施例中，封胶12是利用折射率Nd1为1.527、阿贝数vd1为34的透明光学硅胶所填塞；光学镜片13是利用折射率Nd2为1.583、阿贝数vd2为61.7的玻璃材料制成。LED芯片11发射α＝12.15流明的蓝光，该蓝光有效的最大角度为130°，光学镜片13的有效焦距之长度fs为5.66mm；上述蓝光经由此光学镜片13聚集后，以92°正照角于无限远处(以100倍fs计算)的β为11.57流明(忽略空气的折射与散射等效应)。式(1)、(2)、(3)、(5)、(6)及β/α值分别为
β/α＝ 95.22％ 可以满足式(1)、(2)、(3)及式(5)的条件，图7为根据第二实施例的LED组件光强度分布与照角的极坐标关系图。由上述表(三)、表(四)及图7所示，藉此可证明本实用新型的非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件具有简单的面形，易于制造且有预定的光型，其各角度的光强度均一，可提升本实用新型的应用性。
<第三实施例> 请参考图2及图8所示，图2和图8分别为根据本实用新型的使用LED光学镜片的LED组件的示意图及根据第三实施例的光强度分布与照角之极坐标关系图。
下面的表(五)中分别列有由光源侧至像侧沿中心轴Z的各光学面曲率半径R、间距d，LED芯片11发射的光线的最大角度为2ω、光学镜片13发射的光线光型的最大角度
，各折射率(Nd)、各厚度(thickness)、各阿贝数vd。表(六)为各光学面的非球面式(7)的各项系数。
表(五)
*非球面 表(六)
在本实施例中，封胶12是利用折射率Nd1为1.527、阿贝数vd1为34的透明光学硅胶所填塞；光学镜片13是利用折射率Nd2为1.583、阿贝数vd2为61.7的玻璃材料制成。LED芯片11发射α＝12.15流明的蓝光，该蓝光的有效的最大角度为110°。光学镜片13的有效焦距的长度fs为4.20mm，上述蓝光经由此光学镜片13聚集后，以91°正照角于无限远处(以100倍fs计算)的β为11.277流明(忽略空气的折射与散射等效应)。式(1)、(2)、(3)、(5)、(6)及β/α值分别为
β/α＝ 91.82％ 可以满足式(1)、(2)、(3)及式(5)的条件，图8为根据本实用新型的第三实施例的LED组件光强度分布与照角的极坐标关系图。由上述表(五)、表(六)及图8所示，藉此可证明本实用新型的非球面正照角光学镜片具有简单的面形，易于制造且有预定的光型，其各角度的光强度均一，可提升本实用新型的应用性。
<第四实施例> 请参考图2及图9所示，图2和图9分别为根据本实用新型的使用LED光学镜片的LED组件的示意图及根据第四实施例的光强度分布与照角的极坐标关系图。
下面的表(七)中分别列有由光源侧至像侧沿中心轴Z的各光学面曲率半径R、间距d，LED芯片11发射的光线的最大角度为2ω、光学镜片13发射的光线光型的最大角度
，各折射率(Nd)、各厚度、各阿贝数vd。表(八)为各光学面的非球面式(7)的各项系数。
表(七)
*非球面 表(八) 在本实施例中，封胶12是利用折射率Nd1为1.527、阿贝数vd1为34的透明光学硅胶所填塞；光学镜片13是利用折射率Nd2为1.530、阿贝数vd2为57的塑料材料制成。LED芯片11发射α＝12.15流明的蓝光，该蓝光的有效的最大角度为120°。光学镜片13的有效焦距之长度fs为4.30mm，上述蓝光经由此光学镜片13聚集后，以92°正照角于无限远处(以100倍fs计算)的β为11.741流明(忽略空气的折射与散射等效应)。式(1)、(2)、(3)、(5)、(6)及β/α值分别为
β/α＝ 96.63％ 可以满足式(1)、(2)、(3)及式(5)的条件，图9为根据本实用新型第四实施例的LED组件的光强度分布与照角的极坐标关系图。由上述表(七)、表(八)及图9所示，藉此可证明本实用新型的非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件具有简单的面形，易于制造且有预定的光型，其各角度的光强度均一，可提升本实用新型的应用性。
<第五实施例> 请参考图4及图10所示，图4和图10分别系本实用新型的使用平凸型LED光学镜片的LED组件的光路示意图及根据第五实施例的光强度分布与照角的极坐标关系图。
下面的表(九)中分别列有由光源侧至像侧沿中心轴Z的LED芯片11、封胶12、光学镜片14的光源侧光学面R1与像侧光学面R2的曲率半径R(单位mm)、间距d(单位mm)，LED芯片11发射的光线的最大角度为2ω(度deg)、光学镜片14发射的光线光型的最大角度
(度)，各折射率(Nd)、各厚度(thickness)、各阿贝数vd。表(十)为各光学面的非球面式(7)的各项系数。
表(九)
*非球面 在表(九)中，光学面(Surf)有标注*者为非球面光学面。
表(十)
在本实施例中，封胶12是利用折射率Nd1为1.527、阿贝数vd1为34的透明光学硅胶所填塞；光学镜片14是利用折射率Nd2为1.583、阿贝数vd2为61.7的玻璃材料制成。藉由搭配封胶12及光学镜片14的折射系数与阿贝数，形成光线折射角度。LED芯片11发射α＝12.15流明的蓝光，该蓝光的有效的最大角度为120°。光学镜片14的有效焦距的长度fs为5.091mm，上述蓝光经由此光学镜片14聚集后，以90°正照角于无限远处(以100倍fs计算)的β为11.668流明(忽略空气的折射与散射等效应)。式(3)、(4)、(5)、(6)及β/α值分别为
β/α＝ 96.03％ 可以满足式(3)、(4)及式(5)的条件。图10为光强度分布与照角的极坐标关系图。由上述表(九)、表(十)及图10所示，藉此可证明本实用新型的非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件具有简单的面形，易于制造且有预定的光型，其各角度的光强度均一，可提升本实用新型的应用性。
<第六实施例> 请参考图4及图11所示，图4和图11分别为根据本实用新型的使用平凸型光学镜片的LED组件的示意图及根据第六实施例的光强度分布与照角的极坐标关系图。
下面的表(十一)中分别列有由光源侧至像侧沿中心轴Z的LED芯片11、封胶12、光学镜片14的光源侧光学面R1与像侧光学面R2的曲率半径R、间距d，LED芯片11发射的光线的最大角度为2ω、光学镜片14发射的光线光型的最大角度
，各折射率(Nd)、各阿贝数vd。表(十二)为各光学面的非球面式(7)的各项系数 表(十一)
*非球面 表(十二)
在本实施例中，封胶12是利用折射率Nd1为1.527、阿贝数vd1为34的透明光学硅胶所填塞；光学镜片14是利用折射率Nd2为1.583、阿贝数vd2为61.7的玻璃材料制成。藉由搭配封胶12及光学镜片14的折射系数与阿贝数，形成光线折射角度。LED芯片11发射α＝78.5流明的白光、该白光的有效的最大角度为120°，光学镜片14的有效焦距的长度fs为5.091mm。上述白光经由此光学镜片14聚集后，以90°正照角于无限远处(以100倍fs计算)的β为74.5流明(忽略空气的折射与散射等效应)。式(3)、(4)、(5)、(6)及β/α值分别为
β/α＝ 94.92％ 可以满足式(3)、(4)及式(5)的条件。图11为根据本实用新型第六实施例的LED组件的光强度分布与照角的极坐标关系图。由上述表(十一)、表(十二)及图11所示，藉此可证明本实用新型的非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件具有简单的面形，易于制造且有预定的光型，其各角度的光强度均一，可提升本实用新型的应用性。
<第七实施例> 请参考图4及图12所示，图4和图12分别是根据本实用新型的使用平凸型LED光学镜片的LED组件的示意图及根据第七实施例的光强度分布与照角的极坐标关系图。
下面的表(十三)中分别列有由光源侧至像侧沿中心轴Z的LED芯片11、封胶12、光学镜片14的光源侧光学面R1与像侧光学面R2的曲率半径R、间距d，LED芯片11发射的光线的最大角度为2ω、光学镜片14发射的光线光型的最大角度
，各折射率(Nd)、各厚度、各阿贝数vd。表(十四)为各光学面的非球面式(7)的各项系数 表(十三)
*非球面 表(十四)
在本实施例中，封胶12是利用折射率Nd1为1.527、阿贝数vd1为34的透明光学硅胶所填塞；光学镜片14是利用折射率Nd2为1.530、阿贝数vd2为57的塑料材料制成。藉由搭配封胶12及光学镜片14的折射系数与阿贝数，形成光线折射角度。LED芯片11发射α＝12.15流明的蓝光，该蓝光的有效的最大角度为120°。光学镜片14的有效焦距的长度fs为5.091mm，上述蓝光经由此光学镜片14聚集后，以90°正照角于无限远处(以100倍fs计算)的β为11.74流明(忽略空气的折射与散射等效应)。式(3)、(4)、(5)、(6)及β/α值分别为
β/α＝ 96.90％ 可以满足条件式(3)、(4)及式(5)。图12为根据本实用新型第七实施例的LED组件的光强度分布与照角的极坐标关系图。由上述表(十三)、表(十四)及图12所示，藉此可证明本实用新型的非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件具有简单的面形，易于制造且有预定的光型，其各角度的光强度均一，可提升本实用新型的应用性。
<第八实施例> 请参考图4及图13所示，图4和图13分别为根据本实用新型的使用平凸型LED光学镜片的LED组件的示意图及根据第八实施例的光强度分布与照角的极坐标关系图。
下面的表(十五)中分别列有由光源侧至像侧沿中心轴Z的LED芯片11、封胶12、光学镜片14的光源侧光学面R1与像侧光学面R2的曲率半径R、间距d，LED芯片11发射的光线的最大角度为2ω、光学镜片14发射的光线光型的最大角度
各折射率(Nd)、各阿贝数vd。表(十六)为各光学面的非球面式(7)的各项系数 表(十五)
*非球面 表(十六)
在本实施例中，封胶12是利用折射率Nd1为1.527、阿贝数vd1为34的透明光学硅胶所填塞；光学镜片14是利用折射率Nd2为1.583、阿贝数vd2为61.7的玻璃材料制成。藉由搭配封胶12及光学镜片14的折射系数与阿贝数，形成光线折射角度。LED芯片11发射α＝12.15流明的蓝光，该蓝光的有效的最大角度为130°。光学镜片14的有效焦距的长度fs为5.091mm，上述蓝光经由此光学镜片14聚集后，以92°正照角于无限远处(以100倍fs计算)的β为11.51流明(忽略空气的折射与散射等效应)。式(3)、(4)、(5)、(6)及β/α值分别为
β/α＝ 94.70％ 可以满足式(3)、(4)及式(5)的条件。图13为根据本实用新型第八实施例的LED组件的光强度分布与照角的极坐标关系图。由上述表(十五)、表(十六)及图12所示，藉此可证明本实用新型的非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件具有简单的面形，易于制造且有预定的光型，其各角度的光强度均一，可提升本实用新型的应用性。
归纳上述，本实用新型的非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件的功效在于其具有简单的面形，可利用塑料射出成形或模造玻璃等工艺所大量生产制造而不容易变形，因而能降低生产成本。其中，光学镜片也可使用平凸型非球面光学镜片以简化制造流程。
本实用新型的非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件的另一功效在于可使从LED芯片所投射的光源能具有预定的光型，而可适用于照明。
本实用新型的非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件的又一功效在于其使从LED芯片所投射的光源能于各角度均能维持均匀的照明强度，使成像面不会有部份区域过亮或过暗的现象发生，因而能提升照明质量。
以上所示仅为本实用新型的实施例，对本实用新型而言仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本实用新型的权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变、修改、甚至等效变更，但都将落入本实用新型的权利范围内。
权利要求1、一种非球面正照角光学镜片，其应用于发光二极管组件中，沿着中心轴由光源侧至像侧排列有发光二极管芯片、封胶及光学镜片，其特征在于
该光学镜片为具有凹面及凸面的由玻璃光学材料制成的镜片，该凹面为朝向光源的光源侧光学面，该凸面为朝向像侧的像侧光学面，其中至少一个光学面为非球面，并满足以下条件
其中，R1为该光学镜片光源侧光学面的曲率半径，R2为该光学镜片像侧光学面的曲率半径。
2、如权利要求1所述的非球面正照角光学镜片，其特征在于该光学镜片进一步满足以下条件
其中，fs为该光学镜片的有效焦距的长度，R1为该光学镜片光源侧光学面的曲率半径，d2为中心轴上该光学镜片的厚度。
3、如权利要求1所述的非球面正照角光学镜片，其特征在于该光学镜片进一步满足以下条件
其中，fs为该光学镜片的有效焦距的长度，d2为中心轴上该光学镜片的厚度，Nd2为该光学镜片的折射率。
4、如权利要求2所述的非球面正照角光学镜片，其特征在于该光学镜片进一步满足以下条件
其中，fs为该光学镜片的有效焦距的长度，d2为中心轴上该光学镜片的厚度，Nd2为该光学镜片的折射率。
5、如权利要求1所述的非球面正照角光学镜片，其特征在于该光学镜片由塑料材料制成。
6、一种非球面正照角光学镜片，其应用于发光二极管组件中，沿着中心轴由光源侧至像侧排列有发光二极管芯片、封胶及光学镜片，其特征在于
该光学镜片为具有平面及凸面的由玻璃光学材料制成的镜片，该平面为朝向光源的光源侧光学面，该凸面为朝向像侧的像侧光学面，该像侧光学面为非球面，并满足以下条件
其中，R1为该光学镜片光源侧光学面的曲率半径，R2为该光学镜片像侧光学面的曲率半径，R2为像侧光学面的曲率半径，d0为中心轴上LED芯片的厚度，d1为中心轴上LED芯片表面至光学镜片光源侧光学面距离，d2为中心轴光学镜片的厚度。
7、如权利要求6所述的非球面正照角光学镜片，其特征在于该光学镜片由塑料材料制成。
8、一种发光二极管组件，其包含如权利要求1至权利要求7中任一项所述的非球面正照角光学镜片及发光二极管芯片，其特征在于该发光二极管组件具有大于72°且小于108°的正照角圆形光型，并满足以下条件
其中，
其中，fg为该光学镜片的相对焦距的长度，fs为该光学镜片的有效焦距的长度，R1为该光学镜片光源侧光学面的曲率半径，R2为该光学镜片像侧光学面的曲率半径，ω为该发光二极管芯片发射的光线以中心轴对称的最大角度的一半
为经由该光学镜片射出的光线以中心轴对称的最大角度的一半。
9、如权利要求8所述的发光二极管组件，其特征在于该发光二极管芯片发出的光线的光通量与像侧相对无限远处的光通量的比值满足以下条件
β/α≥85％
其中，α为该发光二极管芯片发射的光线的光通量，β为该发光二极管组件的像侧相对无限远处的忽略空气的折射与散射等效应的光通量。
10、如权利要求8所述的发光二极管组件，其特征在于该非球面正照角光学镜片由塑料材料所制成。
专利摘要本实用新型提供了一种非球面正照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件，其中，该光学镜片由凹面在光源侧、凸面在像侧的非球面光学镜片构成，所构成的发光二极管(LED)组件可对LED芯片发射的光线聚集并以均匀的光强度产生大于72°且小于108°的正照角圆形光型。此光学镜片及发光二极管组件满足光学面曲率半径之间的相互关系及入射与出射角度关系的条件。藉此，本实用新型仅使用一个单纯的光学镜片即可将LED发射的光线聚集成预定的光型，可供单颗或组成LED阵列的照明使用。
文档编号H01L33/00GK201252110SQ20082013102
公开日2009年6月3日 申请日期2008年7月10日 优先权日2008年7月10日
发明者施柏源, 林楷谋, 廖怡芬 申请人:一品光学工业股份有限公司