專利名稱：一種獲得線光源的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光源的獲得方法及裝置，具體涉及一種獲得線光源的方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，線光源不但在非接觸性檢測物體的三維外形輪廓等科 學(xué)研究方面被應(yīng)用，而且在城市和家庭的燈光美化等日常生活中也得到推廣。但是比較好 的線光源目前仍然主要以激光形式獲得。這種激光線光源因為應(yīng)用成本以及安全等原因在 應(yīng)用方面受到一定限制。所以在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的新成果的基礎(chǔ)上發(fā)明一種獲得容易，成本 低廉，使用方便的線光源具有很大的實用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡單的獲得線光源的方法及裝置，即通過一組LED光 源的全反射獲得LED型線光源。為達到上述目的，本發(fā)明采用的方法為首先，將具有平行出射光的若干個LED發(fā) 光芯片組成一組平行光源，然后將所述的平行光源封裝在透明封裝材料中，使平行光源發(fā) 出的光束與封裝材料形成的光媒質(zhì)之間的入射角保持在臨界角α ^的平行方向并且處于直 線位置，此時折射角α 1為直角，發(fā)光芯片發(fā)出的平行光束在封裝材料與媒質(zhì)空氣界面發(fā)生 全反射后，全部匯聚成線光源。本發(fā)明的LED發(fā)光芯片采用尖形透鏡結(jié)構(gòu)的LED做為光源；封裝LED發(fā)光芯片組 入射角等于臨界角的透明封裝材料采用環(huán)氧樹脂或添加了二氧化鈦的環(huán)氧樹脂封裝材 料，，其中臨界角α ^ = arcsin(r//n)，其中η為封裝材料的折射率、η7為空氣的折射率，當(dāng) 空氣折射率大約為1時，臨界角僅取決于封裝材料的折射率。本發(fā)明的裝置包括透明封裝材料和封裝在透明封裝材料內(nèi)的若干組平行設(shè)置的 尖形透鏡結(jié)構(gòu)的LED光源，該LED光源發(fā)出的光束與封裝結(jié)構(gòu)之間的入射角保持在臨界角 α Q的狀態(tài)。本發(fā)明的透明封裝材料的介質(zhì)折射率η大于光線射出介質(zhì)的折射率ιΓ ；透明封裝 材料采用環(huán)氧樹脂或添加了二氧化鈦的環(huán)氧樹脂制成。由于本發(fā)明LED光源發(fā)出的光束與封裝材料之間的入射角保持在臨界角α ^的狀 態(tài)，此時的折射角α Z為直角，那么對于發(fā)光芯片發(fā)出的平行光束在封裝材料與媒質(zhì)(空 氣)界面發(fā)生全反射后，全部匯聚成F光束射出來。從而實現(xiàn)線光源。


圖1是本發(fā)明中光的折射和反射光路示意圖；圖2是本發(fā)明線光源的工作原理示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。參見圖1，根據(jù)幾何光學(xué)，當(dāng)光從一種物質(zhì)射向另一種物質(zhì)時，在交界面處一般會 產(chǎn)生反射和折射。入射光束AB的入射角和折射角分別為α和a、BC、BD分別為反射光束 和折射光束。當(dāng)光從光密物質(zhì)射向光疏物質(zhì)時，就可能發(fā)生全反射現(xiàn)象。而發(fā)生全反射時 的臨界角的大小取決于二種材料的折射率。如果圖1中光媒質(zhì)1和光媒質(zhì)2的折射率分別為η和r/，且r/ < n，入射光束AB 的入射角和折射角分別為α和a、BC、BD分別為反射光束和折射光束。根據(jù)斯涅爾定律sina /sin α 7 == η7/η那么當(dāng)發(fā)生全反射時，折射角a7 == 90°，因為arCSin90° ==1，此時對應(yīng)的 入射角α就是臨界角α C1，并可得到Ct0==BrCsin(VAi)o通常在LED光源中，可以通過采用環(huán)氧樹脂封裝成尖形的透鏡結(jié)構(gòu)，使得出射光 集中到LED的軸線方向，保證其幾乎為平行光線。又為了提高LED最終外部取光效率，一般 都盡量選擇折射率比較大的材料作為光學(xué)封裝材料，以減小發(fā)光芯片與封裝材料二種材料 折射率差異過大導(dǎo)致在其界面發(fā)生全反射，將光線反射回芯片內(nèi)部而無法有效導(dǎo)出。以白 光LED為例，芯片折射率約為2 4，如GaN(n = 2. 5)及GaP (η = 3. 45)均遠高于一般環(huán)氧 樹脂或硅氧烷樹脂封裝材料折射率(η = 1. 40 1. 53)，因此提高封裝材料的折射率將可減 少全反射的發(fā)生，如選用添加了二氧化鈦后的環(huán)氧樹脂的折射率為1.82的環(huán)氧樹脂材料。 另一方面要求把進入環(huán)氧樹脂后的光線通過全反射方式從所要求的出射面射出，從而實現(xiàn) 線光源的目標(biāo)。本發(fā)明，首先，將具有平行出射光的若干個尖形透鏡結(jié)構(gòu)的LED發(fā)光芯片組成一 組平行光源，然后將所述的平行光源封裝在透明封裝材料中，使平行光源發(fā)出的光束與封 裝材料形成的光媒質(zhì)之間的入射角保持在臨界角的平行方向并且處于直線位置，此時 折射角α7為直角，發(fā)光芯片發(fā)出的平行光束在封裝材料與媒質(zhì)空氣界面發(fā)生全反射后， 全部匯聚成F光束射出來，即為線光源。封裝LED發(fā)光芯片組入射角等于臨界角C^的 透明封裝材料采用環(huán)氧樹脂或添加了二氧化鈦的環(huán)氧樹脂封裝材料，，其中臨界角= arcsinOZ/n)，其中η為封裝材料的折射率、r/為空氣的折射率，當(dāng)空氣折射率大約為1時， 臨界角α^僅取決于封裝材料的折射率。線光源的工作原理如圖2中所示。本發(fā)明由二部分組成1、直線放置的十二組由Α、B、C、D、E五個LED發(fā)光芯片組成的平行光源組，如圖2 中(a)所示；2、用來封裝固定入射角等于臨界角α ^的LED發(fā)光芯片組的環(huán)氧樹脂封裝材料， 它同時也按照要求成形后構(gòu)成全反射光路(參考圖2中(b))。環(huán)氧樹脂或添加了二氧化鈦 的環(huán)氧樹脂制成封裝結(jié)構(gòu)1和設(shè)置在封裝結(jié)構(gòu)1內(nèi)部的若干組平行設(shè)置的尖形透鏡結(jié)構(gòu)的 LED光源2，線光源的強度取決于每一組平行光源中LED發(fā)光芯片的多少，而線光源的長度 則取決于線性放置的平行LED光源的多少。而且必須保證該LED芯片組發(fā)出的平行光束與封裝材料構(gòu)成的光路結(jié)構(gòu)之間的入射角保持在臨界角的角度。當(dāng)然封裝材料(環(huán)氧樹脂)的介質(zhì)折射率η大于光線射 出介質(zhì)(空氣)的折射率ιΓ。這里忽略了光從發(fā)光芯片進入環(huán)氧樹脂時由于二種材料的光學(xué)折射率不同所引 起的折射現(xiàn)象對光路的影響，因為實際上這個因素并不影響后面的光路以及結(jié)論。因為這種情況下折射角^!/為直角，那么對于發(fā)光芯片發(fā)出的平行光束々』^』、 E在環(huán)氧樹脂與媒質(zhì)(空氣)界面發(fā)生全反射后，全部匯聚成F光束射出來。從而實現(xiàn)了 LED線光源。例如選用添加了二氧化鈦后折射率為η = 1. 82的環(huán)氧樹脂作為封裝材料；則在空 氣中，r/= 1.0，所以在環(huán)氧樹脂與空氣界面發(fā)生全反射時，α/ = 90°，代入上式α0 = 33·7°即對于以上光學(xué)參數(shù)的材料構(gòu)成如圖2所示封裝結(jié)構(gòu)中的LED平行光源組，只要 在封裝時保證所有發(fā)光芯片組1發(fā)出的平行光束進入環(huán)氧樹脂后入射角保持為臨界角α ο =33. 7°的條件，則將會實現(xiàn)線光源功能。實際中一個線光源需要多少組以及每組由多少個發(fā)光芯片來組成，則根據(jù)其線光 源的長度和該線光源的強度來決定。。線光源的強度取決于每一組平行光源中LED發(fā)光芯 片的多少，如圖2中(b)所示；而線光源的長度則取決于線性放置的平行發(fā)光芯片組的多 少，如圖2中(a)所示。這種通過LED發(fā)光芯片組合以及專門設(shè)計的環(huán)氧樹脂封裝材料組成的光路結(jié)構(gòu) 根據(jù)需要直接實現(xiàn)白、紅、藍等顏色的各種線光源來滿足生產(chǎn)科研中的不同需要。并將以加 工成本低，使用壽命長，使用安全可靠具有很大的實用價值。
權(quán)利要求
一種獲得線光源的方法，其特征在于首先，將具有平行出射光的若干個LED發(fā)光芯片組成一組平行光源，然后將所述的若干平行光源組封裝在透明封裝材料中，使平行光源發(fā)出的光束與封裝材料形成的光媒質(zhì)之間的入射角保持在臨界角α0的平行方向并且本身形成一條直線處于直線位置，此時折射角α′為直角，發(fā)光芯片發(fā)出的平行光束在封裝材料與媒質(zhì)空氣界面發(fā)生全反射后，全部匯聚成線光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獲得線光源的方法，其特征在于所述的LED發(fā)光芯片采用 尖形透鏡結(jié)構(gòu)的LED做為平行光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獲得線光源的方法，其特征在于所述的封裝LED發(fā)光芯片 組入射角等于臨界角α ^的透明封裝材料采用環(huán)氧樹脂或添加了二氧化鈦的環(huán)氧樹脂封裝 材料，其中臨界角c^ = arcsin(n' /n)，其中η為封裝材料的折射率、η'為空氣的折射率， 當(dāng)空氣折射率大約為1時，臨界角aj又取決于封裝材料的折射率。
4.一種獲得線光源的裝置，其特征在于包括透明封裝材料(1)和封裝在透明封裝材 料(1)內(nèi)的若干組平行設(shè)置的尖形透鏡結(jié)構(gòu)的LED光源(2)，該LED光源(2)發(fā)出的光束與 封裝結(jié)構(gòu)(1)之間的入射角保持在臨界角的狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的獲得線光源的裝置，其特征在于所述的透明封裝材料(1) 的介質(zhì)折射率η大于光線射出介質(zhì)的折射率ιΓ。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的獲得線光源的裝置，其特征在于所述的透明封裝材料(1) 采用環(huán)氧樹脂或添加了二氧化鈦的環(huán)氧樹脂制成。
全文摘要
一種獲得線光源的方法，首先，將具有平行出射光的若干個LED發(fā)光芯片組成一組平行光源，然后將所述的平行光源封裝在透明封裝材料中，使平行光源發(fā)出的光束與封裝材料形成的光媒質(zhì)之間的入射角保持在臨界角α0的平行方向并且放置成一條直線，此時折射角α/為直角，發(fā)光芯片發(fā)出的平行光束在封裝材料與媒質(zhì)空氣界面發(fā)生全反射后，全部匯聚成線光源。由于本發(fā)明LED光源發(fā)出的平行光束與封裝材料之間的入射角保持在臨界角α0的狀態(tài)，此時的折射角α/為直角，那么對于所以發(fā)光芯片發(fā)出的平行光束在封裝材料與媒質(zhì)(空氣)界面發(fā)生全反射后，全部匯聚成F線光源光束射出來。
文檔編號F21S2/00GK101929620SQ20091021889
公開日2010年12月29日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者寧鐸, 強金鋮, 楊鮮鮮, 王輝輝, 郝鵬飛, 黃建兵 申請人:陜西科技大學(xué)