專利名稱：光罩及采用該光罩的照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光罩，特別涉及一種具較佳光利用效率和光均勻度的光罩，并進(jìn)一步涉 及一種采用該光罩的照明裝置。
背景技術(shù)：
目前，發(fā)光二極管(Light Emitting Diode， LED)因具光質(zhì)佳(也即LED光源射出的光譜 )及發(fā)光效率高等特性而逐漸取代冷陰極熒光燈(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL)作 為照明裝置的發(fā)光元件，具體可參閱Michael S. Shur等人在文獻(xiàn)Proceedings of the IEEE， Vol. 93， No. 10 (2005年10月)中發(fā)表的"Solid-State Lighting: Toward Superior Illumination" ^^文。
對(duì)于現(xiàn)有采用發(fā)光二極管作為發(fā)光元件的照明裝置，其通常具有近似圓對(duì)稱的光場(如 圖l所示)，這些光場的中心光強(qiáng)度較強(qiáng)，由中心向四周擴(kuò)散的區(qū)域光強(qiáng)度越來越弱，而實(shí)際 中并不總是需要此類型的光場(即中心光強(qiáng)度最強(qiáng)而四周的光強(qiáng)度逐漸變?nèi)醯墓鈭?。例如， 對(duì)于路燈而言，由于通常的道路都是長條狀，故其希望可以得到長條狀且光強(qiáng)度分布均勻的 光場以提高路燈所發(fā)出的光線的利用效率，然而，對(duì)于光場為近似圓對(duì)稱的路燈而言，由于 其輻射范圍與道路的形狀不符，且其光場的光強(qiáng)度分布不均勻，故采用該路燈無法獲得較佳 的光利用效率和光均勻度。
有鑒于此，有必要提供一種具較佳光利用效率和光均勻度的光罩及采用該光罩的照明裝置。

發(fā)明內(nèi)容
以下將以實(shí)施例說明一種光罩及采用該光罩的照明裝置，其具較佳光利用效率和光均勻度。
一種光罩，其包括多個(gè)陣列排布的透鏡單元，每個(gè)透鏡單元包括一個(gè)入光面及一個(gè)與該 入光面相對(duì)的出光面，該入光面及該出光面中至少一者為沿第一方向延伸的凹面，該凹面用 于擴(kuò)展光線沿與第一方向成一預(yù)定夾角的第二方向的輻射范圍，且至少一透鏡單元的凹面配 置至少一沿第一方向延伸的條狀微結(jié)構(gòu)。
一種照明裝置，包括至少一固態(tài)光源，用于發(fā)射光； 一個(gè)光罩，其與至少一固態(tài)光源相 對(duì)設(shè)置，該光罩包括多個(gè)陣列排布的透鏡單元，每個(gè)透鏡單元包括一個(gè)入光面及一個(gè)與該入
4光面相對(duì)的出光面，該入光面及該出光面中至少一者為沿第一方向延伸的凹面，該凹面用于 擴(kuò)展光線沿與第一方向成一預(yù)定夾角的第二方向的輻射范圍，且至少一透鏡單元的凹面配置 至少一沿第一方向延伸的條狀微結(jié)構(gòu)。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，所述光罩及照明裝置通過設(shè)置具有一個(gè)入光面與一個(gè)出光面的透鏡單 元，以及將該入光面及該出光面中至少一者設(shè)置為沿第一方向延伸的凹面，并進(jìn)一步在該凹 面配置至少一沿第一方向延伸的條狀微結(jié)構(gòu)，可使得至少一固態(tài)光源在第二方向上的輻射范 圍大于在第一方向上的輻射范圍，并使至少一固態(tài)光源產(chǎn)生的光場的光強(qiáng)度均勻化，從而提 高至少一固態(tài)光源的光利用效率和光均勻度。


圖1是現(xiàn)有的一種近似圓對(duì)稱光場的模擬圖。
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例光罩的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖2所示光罩中透鏡單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖2所示光罩的透鏡單元的剖面示意圖。
圖5-8是圖2所示光罩的透鏡單元經(jīng)變更后的剖面示意圖。
圖9是本發(fā)明第二實(shí)施例照明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10是圖9所示照明裝置光罩的部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11是圖10所示照明裝置產(chǎn)生的光場的模擬圖。
圖12是本發(fā)明第三實(shí)施例光罩的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13是圖12所示光罩取代圖9所示光罩所形成的照明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖14是圖12所示光罩經(jīng)變更后取代圖9所示光罩所形成的照明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明第一實(shí)施例提供的光罩IO，其包括多個(gè)陣列排布的透鏡單元ll。 請(qǐng)一起參閱圖3，每個(gè)透鏡單元11包括一個(gè)入光面110及一個(gè)出光面112。該入光面110為 一個(gè)凹面，該出光面112為一個(gè)凸面。本實(shí)施例中，該凹面具體設(shè)置為沿X方向延伸的柱狀凹 面，該凸面具體設(shè)置為沿Y方向延伸的柱狀凸面，該X方向與該Y方向成一預(yù)定夾角(未標(biāo)示)
該多個(gè)透鏡單元l 1中，至少一透鏡單元l 1的凹面配置至少一沿X方向延伸的條狀微結(jié)構(gòu) 111?？梢岳斫獾氖?，該多個(gè)透鏡單元ll可拼合組成，其也可為一體結(jié)構(gòu)。
請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖4，本實(shí)施例中，該至少一透鏡單元ll的凹面所配置的條狀微結(jié)構(gòu)lll，其沿垂直于X方向的截面形狀為三角形，即該條狀微結(jié)構(gòu)lll為一個(gè)三角錐形條狀凸起。當(dāng)然 ，該條狀微結(jié)構(gòu)lll也可定義為由凹面向至少一透鏡單元ll內(nèi)開設(shè)的條狀凹槽。如圖5所示， 配置在透鏡單元ll凹面上的條狀微結(jié)構(gòu)lll為一個(gè)三角錐形條狀凹槽，其截面形狀也為一個(gè)
三角形。
請(qǐng)參閱圖6至圖8，該至少一透鏡單元ll上配置的條狀微結(jié)構(gòu)l 11的形狀還可根據(jù)需要作 出適當(dāng)變更。如圖6所示，該條狀微結(jié)構(gòu)lll的截面形狀為圓弧形，如圖7所示，該條狀微結(jié) 構(gòu)lll的截面形狀為梯形。當(dāng)然，該條狀微結(jié)構(gòu)lll的截面形狀也可為前述三角形、圓弧形、 梯形等的任意組合，如圖8中示出的圓弧形與三角形的組合。
請(qǐng)參閱圖9，本發(fā)明第二實(shí)施例提供的照明裝置40，其采用前述的光罩對(duì)光源產(chǎn)生的光 場作調(diào)整。該照明裝置40包括至少一固態(tài)光源，如至少一LED光源41等，及一個(gè)本發(fā)明第一 實(shí)施例提供的光罩IO。該至少一LED光源41與該光罩10相對(duì)設(shè)置。工作時(shí)，至少一LED光源 41所發(fā)出的光線經(jīng)由光罩10的入光面110入射至透鏡單元11內(nèi)，進(jìn)而由透鏡單元ll的出光面 112出射。
本實(shí)施例中，至少一LED光源41的數(shù)目設(shè)置為多個(gè)，且該多個(gè)LED光源41分別相對(duì)光罩 10中的多個(gè)透鏡單元11設(shè)置。進(jìn)一步地，該照明裝置40還包括一個(gè)反射板42。該反射板42包 括多個(gè)沿Y方向延伸且沿X方向平行排列的梯形凹槽420，該多個(gè)LED光源41通過與其對(duì)應(yīng)的多 個(gè)電路板410設(shè)置在該多個(gè)梯形凹槽420的底部且形成多個(gè)線性LED光源陣列。該梯形凹槽420 的側(cè)壁422形成有反射膜以反射至少一LED光源41發(fā)出的光線。
請(qǐng)參閱圖IO，本實(shí)施例中，該每一LED光源陣列配置十七個(gè)沿Y方向線性分布的LED光源 (圖10中僅示出代表性的三個(gè))，且該十七個(gè)LED光源分為一第一LED光源組、 一第二LED光源 組及一第三LED光源組。該第一LED光源組包括六個(gè)LED光源，且該六個(gè)LED光源所對(duì)應(yīng)的透鏡 單元ll沒有配置條狀微結(jié)構(gòu)lll。該第二LED光源組包括三個(gè)LED光源，且該三個(gè)LED光源所對(duì) 應(yīng)的透鏡單元ll配置三個(gè)條狀微結(jié)構(gòu)lll。該第三LED光源組包括八個(gè)LED光源，且該八個(gè)LED 光源所對(duì)應(yīng)的透鏡單元l l配置五個(gè)條狀微結(jié)構(gòu)。
該透鏡單元11上的凹面用于擴(kuò)展至少一LED光源41發(fā)出的光線沿Y方向的輻射范圍。具體 地，該凹面可使入射到其上的光線在Y方向上產(chǎn)生輻射狀偏轉(zhuǎn)，即由凹面的底部向該凹面較 高的兩端偏轉(zhuǎn)，以使光線經(jīng)由該透鏡單元ll折射后，其在Y方向上的輻射范圍變大，也就是 說，該透鏡單元l 1的凹面拓展了至少一LED光源41在Y方向上的輻射范圍。
該透鏡單元l 1上的凸面用于壓縮至少一LED光源41發(fā)出的光線沿X方向的輻射范圍。該凹 面可使從其上出射的光線在該X方向上由該凸面的兩端向其頂部產(chǎn)生會(huì)聚狀偏轉(zhuǎn)，從而使光線經(jīng)由該透鏡單元ll折射后，其在X方向上的輻射范圍變小，也就是說，該凸面壓縮了至少 一LED光源41在X方向上的輻射范圍。
請(qǐng)參閱圖ll，其示出了至少一LED光源41發(fā)出的光線經(jīng)由光罩10透射后形成的光場。該 光場大致呈一長條狀，由該光場可看出，至少一LED光源41在Y方向上的輻射范圍大于在X方 向上的輻射范圍，且與圖l示出的近似圓對(duì)稱的光場相比，該光場的光強(qiáng)度更加均勻。在此 ，該光罩10即可應(yīng)用于光場在Y方向上的輻射范圍大于在X方向上的輻射范圍的情形，從而提 高至少一LED光源41的光利用效率和光均勻度。
請(qǐng)參閱圖12，本發(fā)明第三實(shí)施例的光罩50，其與本發(fā)明第一實(shí)施例的光罩10大致相同， 差別僅在于該光罩50的入光面510設(shè)置為平面，而出光面512設(shè)置為凹面。
請(qǐng)一起參閱圖13，可以理解的是，當(dāng)該光罩50取代光罩10應(yīng)用于本發(fā)明第二實(shí)施例的照 明裝置40時(shí)，其同樣可以拓展至少一LED光源41在Y方向上的輻射范圍。
當(dāng)然，當(dāng)該光罩50的入光面510設(shè)置為凸面時(shí)，其也同樣可以壓縮至少一LED光源41在X 方向上的輻射范圍，如圖14所示。
該凹面及該凸面除了可為第一、第二及第三實(shí)施例所采用的單一曲率半徑的柱狀凹面及 柱狀凸面外，其也可為具有不同曲率半徑的凹面及凸面；另外，通過變換至少一透鏡單元 11、 51的數(shù)目和至少一透鏡單元11、 51中條狀微結(jié)構(gòu)111、 511的數(shù)目等，可使至少一LED光 源41產(chǎn)生的光場具有不同的輻射范圍和光均勻度。
另外，該X方向與該Y方向之間的預(yù)設(shè)夾角可為銳角或直角，以調(diào)整至少一LED光源41發(fā) 出的光線經(jīng)由該光罩IO、 50折射后在X方向上與Y方向上的光場，從而更加適應(yīng)實(shí)際需要。
本發(fā)明第一、第三實(shí)施例所提供的光罩IO、 50，及第二實(shí)施例所提供的照明裝置40，其 通過設(shè)置具有入光面110、 510與出光面112、 512的透鏡單元11、 51，以及將該入光面110、 510及該出光面112、 512中至少一者設(shè)置為沿X方向延伸的凹面，并進(jìn)一步在該凹面配置至少 一沿X方向延伸的條狀微結(jié)構(gòu)lll、 511，可使得至少一LED光源41在Y方向上的輻射范圍大于 在X方向上的輻射范圍，并使至少一LED光源41產(chǎn)生的光場的光強(qiáng)度均勻化，從而提高至少一 LED光源41的光利用效率和光均勻度。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可于本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，只要其不偏離本發(fā)明的技術(shù)效 果，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
權(quán)利要求1一種光罩，其包括多個(gè)陣列排布的透鏡單元，每個(gè)透鏡單元包括一個(gè)入光面及一個(gè)與該入光面相對(duì)的出光面，其特征在于該入光面及該出光面中至少一者為沿第一方向延伸的凹面，該凹面用于擴(kuò)展光線沿與第一方向成一預(yù)定夾角的第二方向的輻射范圍，且至少一透鏡單元的凹面配置至少一沿第一方向延伸的條狀微結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求l所述的光罩，其特征在于該條狀微結(jié)構(gòu)為一個(gè)條狀凸起。
3.如權(quán)利要求l所述的光罩，其特征在于該條狀微結(jié)構(gòu)為一個(gè)條狀凹槽。
4.如權(quán)利要求l所述的光罩，其特征在于該條狀微結(jié)構(gòu)沿垂直于第 一方向的截面選自三角形、圓弧形及其任意組合。
5.如權(quán)利要求l所述的光罩，其特征在于該透鏡單元的入光面及出 光面中有一者為凸面，該凸面用于壓縮光線沿第一方向的輻射范圍。
6.如權(quán)利要求l所述的光罩，其特征在于該第一方向與該第二方向相互垂直。
7.如權(quán)利要求5所述的光罩，其特征在于該凹面為柱狀凹面，該凸 面為柱狀凸面。
8. 一種照明裝置，包括 至少一固態(tài)光源，用于發(fā)射光；一個(gè)光罩，其與至少一固態(tài)光源相對(duì)設(shè)置，該光罩包括多個(gè)陣列排布的透鏡單元，每 個(gè)透鏡單元包括一個(gè)入光面及一個(gè)與該入光面相對(duì)的出光面，該入光面及該出光面中至少一 者為沿第一方向延伸的凹面，該凹面用于擴(kuò)展光線沿與第一方向成一預(yù)定夾角的第二方向的 輻射范圍，且至少一透鏡單元的凹面配置至少一沿第一方向延伸的條狀微結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的照明裝置，其特征在于該光罩是權(quán)利要求 2-7中任意一項(xiàng)所述的光罩。
10.如權(quán)利要求8所述的照明裝置，其特征在于，該照明裝置還包括 一個(gè)反射板，該反射板包括多個(gè)沿第一方向設(shè)置且沿第二方向平行排列的梯形凹槽，該多個(gè) 固態(tài)光源設(shè)置在該多個(gè)梯形凹槽的底部且形成多個(gè)線性固態(tài)光源陣列，每個(gè)梯形凹槽的側(cè)壁 用來反射設(shè)置在該梯形凹槽底部的固態(tài)光源所發(fā)出的光線。
11.如權(quán)利要求8所述的照明裝置，其特征在于該至少一固態(tài)光源設(shè)置為多個(gè)，該多個(gè)固態(tài)光源分別與該多個(gè)陣列排布的透鏡單元相對(duì)。
12.如權(quán)利要求8所述的照明裝置，其特征在于該至少一固態(tài)光源 為至少一LED光源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光罩及采用該光罩的照明裝置。所述光罩包括多個(gè)陣列排布的透鏡單元，每個(gè)透鏡單元包括一個(gè)入光面及一個(gè)與該入光面相對(duì)的出光面，該入光面及該出光面中至少一者為沿第一方向延伸的凹面，該凹面用于擴(kuò)展光線沿與第一方向成一預(yù)定夾角的第二方向的輻射范圍，且至少一透鏡單元的凹面配置至少一沿第一方向延伸的條狀微結(jié)構(gòu)。該照明裝置采用該光罩對(duì)固態(tài)光源發(fā)出的光線進(jìn)行折射，該光罩可使得固態(tài)光源在第二方向上的輻射范圍大于在第一方向上的輻射范圍，并使固態(tài)光源產(chǎn)生的光場的光強(qiáng)度均勻化，從而提高固態(tài)光源的光利用效率和光均勻度。
文檔編號(hào)F21V5/04GK101424384SQ20071020234
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者賴志銘, 鄭伊凱, 陳志隆 申請(qǐng)人:富士邁半導(dǎo)體精密工業(yè)(上海)有限公司;沛鑫半導(dǎo)體工業(yè)股份有限公司