用于短投照明的照明透镜制造技术

本发明专利技术的示例性实施例提供一种用于短投照明的广角照明图案。根据示例性实施例的照明透镜包括：光入射表面，所述光入射表面限定空腔并包括平坦顶部和侧缘，所述光入射表面被构造为从在下方的发光元件接收光。所述照明透镜还包括光出射表面，所述光出射表面包括中央凹陷和环绕的环面，其中，平坦顶部面对中央凹陷。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的示例性实施例涉及适用于短投照明的广角照明图案和一种用于产生所述广角照明图案的表面轮廓的总体设计方法。
技术介绍
发光二极管(LED)可以在如此小(跨越几毫米)的区域中产生光，以致将光通量均匀地扩散到大的目标区域(尤其是那些宽度比距LED的距离更大的区域)是具有挑战性的。所谓对近目标的短投照明(short-throw lighting)是针对远目标的点照明的对立面。正是因为LED自己不能产生聚光光束，所以需要准直透镜，LED可以同样不适用于广角照明，因此，需要照明透镜来完成这一工作。短投照明的主要示例是用于直视液晶显示器(LCD)TV的背光单元(BLU)的光学透镜。这里，BLU的总厚度通常为26mm或者更小，LED之间的距离是大约200mm。LCD背光源可包括围绕透明波导的边缘排列的荧光灯管，荧光灯管将光注入到波导中，通过均匀的出射执行实际的背光照明。虽然由于荧光灯管的厚度可以将荧光灯管设置在背光源周边，发光二极管如此小以致于它们可以直接设置在LCD显示器后面(所谓的“直视背光”)，但是它们的点状属性使均匀性变得更加困难，这在最近二十年中促进着现有技术的广泛领域。然而，不只是本领域，也适用于超薄显示器。密切地限制纵横比(aspect ratio)的另一显著的应用是大型冷柜。用于零售业的商用冷柜通常具有玻璃门，照明装置安装在门铰接柱(在本行业中称为竖框)后面。直到最近，管状荧光灯一直是唯一的货架照明装置，而不管冰冷状况如何负面的影响其亮度和寿命。此外，荧光灯管会在冷柜货架上产生非常不均匀的照明图案。然而，发光二极管可以承受冰冷状况并且比荧光灯管小得多，这就允许采用照明透镜来提供比荧光灯管能实现的图案更加均匀的图案。由于荧光灯管向所有方向照射(而不是仅仅照射到货架)，所以浪费了荧光灯管的许多光。然而，使用合适的照明透镜，LED能够更加有效率，在不考虑荧光灯管的良好效率的情况下，LED允许比荧光灯管更低的功率水平。根据使用了多少LED，可以将LED照明透镜分为三组：(1)具有一行较小的密集间隔的LED的挤压线性透镜(诸如第7,273,299号和7,731,395号美国专利所描述的透镜)。(2)圆形对称照明透镜。(3)具有矩形图案的自由形态照明透镜(诸如第7,674,019号美国专利所描述的透镜)。为了实现合理的均匀性，前两种方式可能需要很多LED，但是关于LED最近的趋势是可以产生如此高的亮度以致可能需要较少的LED，从而允许有效的节电。最后一种方式的优点是：除了已经证明难以通过注射成型生产用于产生矩形图案的自由形态透镜以外，其叠加的足够的图形精度以达到无焦散(焦散是提高的照度的显著的小区域)。此外，现有技术更加具有挑战的是：由于在LED通量输出方面的持续的年复一年的改进，何时需要更少的LED。毕竟，背光单元厚度实际上是相对于LED之间的间隔而言的，而不是相对于整个背光单元的总宽度而言的。例如，在LCD背光单元厚度为1”、LED之间的间隔为4”的情况下，透镜的任务与前述的冷柜近似地成比例。因为与2.5至5英尺冷柜门相比，LCD的更小尺寸，所以可使用具有小的出射面积的低功率LED，典型地，可使用不具有圆顶形的硅树脂透镜的顶式LED结构。可以在第2006/0138437号美国专利申请和第7,348,723号、第7,445,370号、第7,621,657号和第7,798,679号美国专利中找到用于解决这一问题的非特定设计的方法。然而，第7,798,679号美国专利只包含了对上述透镜属性的大致的模糊描述，并且不包含用于区分适用其大致描述的大量明显不同的形状的具体方法。经验表明：照明透镜不会容许小的形状误差(诸如不熟练的注射成型或微小的设计缺陷所导致的形状误差)。透镜的局部斜率的非常小的变化可导致足以破坏产品的尝试的高度可见的照明伪影(artifact)。因此，这样大致的描述(诸如那些在第7,798,679号美国专利中的描述)不足以进行实际应用，这是因为即使最错误的和低性能的透镜也可以像精确的、高性能的透镜一样来实现它们。此外，第7,798,679号美国专利未提供具体的、区分形状的说明，而所述说明的精确的细节是现代光学制造所必需的。
技术实现思路
技术问题在此公开的是产生适用于短投照明的广角照明图案的实施例。还公开了一种基于非成像光学(具体地，为非成像光学中新的分支(光度非成像光学))产生照明图案的表面轮廓的总体设计方法。这一领域以新方式应用集光率的基础非成像光学思想来分析照明图案，并且使用由给定尺寸的光源(在这种情况下，光源为LED)所需的最大尺寸的透镜定义的难度，根据产生照明图案的难度对其分类。技术方案本专利技术的第一个目的是公开数值明确的透镜结构，所述透镜结构排列将为近的平面目标(尤其是针对零售制冷显示器和尽可能最薄的直视LCD背光源)提供均匀照明。本专利技术的第二个目的是为由于体散射以及因菲涅尔反射引起的散射而导致的照明图案畸变提供补偿，所述体散射以及因菲涅尔反射引起的散射共同用作附加的、不加以区别的辅助光源。应该理解的是，上面的总体描述和下面的详细描述两者均是示例性的和解释性的，并且意在提供权利要求限定的本专利技术的进一步的解释。附图的简要说明附图示出了本专利技术的实施例，并且附图连同描述一起用于解释本专利技术的原理，包括附图以提供对本专利技术的进一步的理解，附图被包含在说明书中并构成本说明书的一部分。图1示出了由圆形图案照明的矩形门。图2示出了单独的照明图案的曲线图。图3示出了图1中的具有倾斜角度的门的侧视图。图4示出了所需的光源放大率的曲线图。图5示出了照明透镜和LED的截面图。图6A至图6F示出了穿过目标的光源-图像光线。图7示出了矩形门如何仅被四个LED照明。图8示出了另一照明透镜和LED的截面图。图9示出了体散射的数学描述。图10是照明图案的曲线图。图11建立了轮廓生成的2D光源-图像方法。图12示出了根据图11的轮廓生成方法。图13A和图13B示出了轮廓生成的3D光源-图像像方法。图14利用定义光线示出了平凸透镜中心。图15利用定义光线示出了凹凹透镜中心。图16利用定义光线示出了凹平透镜中心。图17示出了由图14中的透镜中心制成的完整透镜。图18示出了由图15中的透镜中心制成的完整透镜。图19示出了由图16中的透镜中心制成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光装置，包括：发光元件；照明透镜，被构造为控制从发光元件发出的光，照明透镜包括第一表面，从发光元件发出的光从第一表面进入照明透镜，其中，第一表面包括关于发光装置的基准轴轴对称的中央腔，其中，在α1<25°的范围内，R1随着α1增加而单调增加，其中，基准轴与发光元件的出射表面的交叉点是基准点，R1是基准点与第一表面上的任意点之间的距离，α1是基准轴与穿过基准点和第一表面上的所述任意点的直线之间的角度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.05 US 61/606,7101.一种发光装置，包括：
发光元件；
照明透镜，被构造为控制从发光元件发出的光，照明透镜包括第一表面，
从发光元件发出的光从第一表面进入照明透镜，
其中，第一表面包括关于发光装置的基准轴轴对称的中央腔，
其中，在α1<25°的范围内，R1随着α1增加而单调增加，其中，基准轴
与发光元件的出射表面的交叉点是基准点，R1是基准点与第一表面上的任意
点之间的距离，α1是基准轴与穿过基准点和第一表面上的所述任意点的直线
之间的角度。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，照明透镜还包括第二表面，
入射在第一表面上的光通过第二表面从照明透镜出射，
其中，第二表面包括环面部分和中央凹陷，环面部分关于基准轴轴对称，
中央凹陷包括由环面部分环绕的第二表面的一部分，中央凹陷围绕基准轴与
第二表面的交叉点，中央凹陷用作发散透镜。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其中，在α2<60°的范围内，R2随
着α2增加而单调增加，其中，R2是基准点与第二表面上的任意点之间的距离，
α2是基准轴与穿过基准点和第二表面上的所述任意点的直线之间的角度。
4.根据权利要求3所述的发光装置，其中，A2<1/√(n2-1)，其中，n是
形成照明透镜的材料的折射率，并且A2＝ΔR2/(R2Δα2)，其中，ΔR2是R2的增
量，Δα2是α2的增量。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其中，第一表面的中央腔包括平坦
顶部，平坦顶部基本平行于发光元件的延伸方向。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其中，照明透镜包含具有1.41至
1.65之间的折射率的透明材料。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其中，发光元件包括发光二极管
(LED)。
8.根据权利要求2所述的发光装置，其中，第二表面的环面部分的圆锥
形部分的底表面以角度τ倾斜。
9.根据权利要求8所述的发光装置，其中，从发光元件的出射表面引出...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·G·佩尔卡，威廉·A·帕金，
申请(专利权)人：首尔半导体株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR