專利名稱：具有徑向棱柱式光轉(zhuǎn)向器的led發(fā)光體的制作方法
具有徑向棱柱式光轉(zhuǎn)向器的LED發(fā)光體
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及LED光源，尤其是涉及包括封殼、透鏡、薄膜等的光源， 所述光源被成形為或者以其它方式被構(gòu)造為將初始沿發(fā)光軸傳播的光改向 到其它方向。無論單獨(dú)使用還是以陣列形式使用，所得光學(xué)組件特別可用 在平面照明光源(如室內(nèi)光源)和諸如電視、計(jì)算機(jī)顯示器、個(gè)人數(shù)字助 理(PDA)、移動(dòng)電話等液晶顯示器(LCD)裝置及類似裝置的背光源中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明特別公開了包括LED和結(jié)構(gòu)化表面的光學(xué)組件。結(jié)構(gòu)化表面包 括多個(gè)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)徑向布置的棱柱式結(jié)構(gòu)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)優(yōu)選地與LED的發(fā)光 軸基本對(duì)齊。發(fā)光軸可以例如與LED的最大通量或最大亮度的方向?qū)?yīng)， 或者與LED或其部件(例如LED晶?；騆ED封殼(如果有的話))之一的 對(duì)稱軸對(duì)應(yīng)，或者與LED的光分布的對(duì)稱軸對(duì)應(yīng)，或與和LED有關(guān)的其它 選擇方向?qū)?yīng)。
在一些情況下，每個(gè)棱柱式結(jié)構(gòu)都具有基本線性的棱柱頂端。所有線 性棱柱頂端均可取向?yàn)槠叫杏诨鶞?zhǔn)平面，例如，垂直于LED發(fā)光軸的基準(zhǔn) 平面，或者線性棱柱頂端也可相對(duì)于發(fā)光軸以錐形結(jié)構(gòu)傾斜。在一些情況 下，每個(gè)棱柱式結(jié)構(gòu)都具有彎曲的棱柱頂端。如果需要，彎曲的棱柱頂端 可相對(duì)于發(fā)光軸以漏斗形結(jié)構(gòu)傾斜。在一些情況下，每個(gè)棱柱式結(jié)構(gòu)都具 有棱柱頂端，并且棱柱頂端基本相交于基準(zhǔn)點(diǎn)。在一些情況下，每個(gè)棱柱 式結(jié)構(gòu)都具有棱柱頂端，棱柱頂端具有靠近基準(zhǔn)點(diǎn)的第一末端，但棱柱頂 端的第一末端與基準(zhǔn)點(diǎn)隔開。在一些情況下，LED包括設(shè)置于封殼中的LED 晶粒，并且結(jié)構(gòu)化表面設(shè)置于封殼上，例如，形成于封殼的外表面上，或 者作為諸如膜或頂蓋之類的單獨(dú)層施加于封殼上。在一些情況下，光學(xué)組 件包括反射層，該反射層被布置為接納至少一部分由結(jié)構(gòu)化表面反射的 LED光。
本發(fā)明還公開了光學(xué)組件的陣列，其中LED陣列與結(jié)構(gòu)化表面陣列組
合，每個(gè)結(jié)構(gòu)化表面具有多個(gè)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)徑向布置的棱柱式結(jié)構(gòu)。優(yōu)選
地，每個(gè)結(jié)構(gòu)化表面的基準(zhǔn)點(diǎn)都與相應(yīng)LED的發(fā)光軸基本對(duì)齊。LED可設(shè) 置在反射層的附近。如果每個(gè)LED都包括設(shè)置于封殼中的LED晶粒，則結(jié) 構(gòu)化表面可單獨(dú)地形成在每個(gè)封殼上。作為另外一種選擇，結(jié)構(gòu)化表面可 以形成為連續(xù)光學(xué)薄膜，該薄膜延伸覆蓋陣列中的一些或所有LED。 另外還公開了采用上述光學(xué)組件及其陣列的背光源和顯示器。 在下面的詳細(xì)描述中將清楚地看出本發(fā)明的這些方面及其它方面。然 而，在任何情況下，以上概述都不應(yīng)被理解為是對(duì)要求保護(hù)的主題的限 制，該主題僅受所附權(quán)利要求書的限定，并且在審查期間可以進(jìn)行修改。


參照下面結(jié)合附圖對(duì)各個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述可以更全面地理解本發(fā)
明，其中
圖1是示例性光學(xué)組件的透視圖； 圖2是圖1所示光學(xué)組件的漏光通量圖； 圖3是另一個(gè)示例性光學(xué)組件的透視圖； 圖4是圖3所示光學(xué)組件的漏光通量圖； 圖5是另一個(gè)示例性光學(xué)組件的透視圖； 圖6是圖5所示光學(xué)組件的漏光通量圖； 圖7-8是其它示例性光學(xué)組件的透視圖； 圖9是其它示例性光學(xué)組件的示意性剖視圖； 圖10是LED光源的示意性透視圖；以及 圖11是可選LED光源的示意性剖視圖。
在附圖中示例性地示出并且詳細(xì)說明了本發(fā)明的細(xì)節(jié)，但是本發(fā)明有 各種修改以及替代形式。應(yīng)該理解，本發(fā)明并不局限于所描述的具體實(shí)施 例。相反，本發(fā)明涵蓋屬于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同形式 及替代形式。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及包括LED和結(jié)構(gòu)化表面的光學(xué)組件。結(jié)構(gòu)化表面包括多個(gè) 相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)徑向布置的棱柱式結(jié)構(gòu)。
對(duì)于以下給出定義的術(shù)語，以這些定義為準(zhǔn)，除非在權(quán)利要求書或在 本說明書中給出了不同的定義。
用端點(diǎn)表示的數(shù)值范圍包括該范圍內(nèi)包含的所有數(shù)值(例如，1至5 包括l、 1.5、 2、 2.75、 3、 3.80、 4和5)。
本說明書和所附權(quán)利要求書中，使用的單數(shù)形式"一"、"一個(gè)"和 "這"包括復(fù)數(shù)指代，除非內(nèi)容清楚指示其它含義。因此，例如所提及的 包含"一層"的組合物可包括兩層或更多層。本說明書和所附權(quán)利要求書 中使用的術(shù)語"或"的含義通常包括"和/或"，除非內(nèi)容明顯清楚指示其 它含義。
除非另外指示，否則本說明書和權(quán)利要求書中用來表達(dá)數(shù)量、特性量 度等的所有數(shù)值應(yīng)當(dāng)理解為在所有情況下均由術(shù)語"約"來修飾。因此， 除非有相反的指示，否則說明書和權(quán)利要求書中列出的數(shù)值參數(shù)均為近似 值，并且根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員利用本發(fā)明的教導(dǎo)內(nèi)容獲得的所需特性 而改變。在最低程度上，每個(gè)數(shù)值參數(shù)并不旨在限制等同原則在權(quán)利要求 書保護(hù)范圍上的應(yīng)用，至少應(yīng)該根據(jù)所報(bào)告數(shù)值的有效數(shù)位和通過慣常的 四舍五入法來解釋每一個(gè)數(shù)值參數(shù)。雖然闡述本發(fā)明廣義范圍的數(shù)值范圍 和參數(shù)是近似值，但是在具體實(shí)例中所列出的數(shù)值依然是盡可能精確地報(bào) 告的。然而，任何數(shù)值固有地包含不可避免地會(huì)由各自測(cè)試量度中所存在 的標(biāo)準(zhǔn)偏差所引起的一定誤差。
本文所使用的術(shù)語"LED"是指發(fā)光二極管，無論所發(fā)出的光是可見 光、紫外光還是紅外光。它包括作為L(zhǎng)ED (不論是常規(guī)型還是超輻射型) 銷售的不相干的合封或包封的半導(dǎo)體器件。如果LED發(fā)射的是如紫外光等 不可見光，并且一些情況下，如果LED發(fā)射可見光，則在其封裝內(nèi)可以包 含熒光體(或是LED可照亮設(shè)置在遠(yuǎn)處的熒光體)，以將波長(zhǎng)短的光轉(zhuǎn)化 為波長(zhǎng)更長(zhǎng)的可見光，某些情況下會(huì)得到一個(gè)發(fā)射白光的器件。"LED晶 粒"是LED的最基本形態(tài)，即經(jīng)半導(dǎo)體加工過程而制成的單個(gè)部件或芯 片。例如，LED晶粒通常由一種或多種III族元素的組合和一種或多種V 族元素(III-V半導(dǎo)體)的組合形成。合適的in-v半導(dǎo)體材料的實(shí)例包
括氮化物(例如氮化鎵)和磷化物(例如磷化鎵銦)。也可使用其它類型 的in-v材料，例如元素周期表其它族中的無機(jī)材料。部件或芯片可以包 括適合施加能量以便為裝置提供能量的電觸點(diǎn)。實(shí)例包括引線結(jié)合、巻帶
式自動(dòng)接合(TAB)或倒裝焊接。部件或芯片的各個(gè)層和其它功能元件通常
以晶片級(jí)形成，然后可以將加工好的晶片切成單個(gè)元件，以生產(chǎn)大量的
LED晶粒。LED晶?？蓸?gòu)造為用于表面貼裝、芯片直接貼裝或用于其它已知 的貼裝構(gòu)造。 一些封裝LED通過在LED晶粒和關(guān)聯(lián)反射杯上形成聚合物封 殼而制成。LED晶粒具有準(zhǔn)朗伯曲線發(fā)射圖案，并且，在LED晶粒內(nèi)生成 的光的很大一部分由于晶粒表面的全內(nèi)反射而無法射出，或者從直接位于 LED晶粒之上的聚合物封殼射出。
圖l、圖3和圖5示意地性示出LED，并且讀者會(huì)理解，可以設(shè)想到所 有上述類型的LED。這些圖中的元件并不一定按比例示出，而且彼此的實(shí) 際位置與這些圖中所示的位置相比可以更近些或更遠(yuǎn)些。盡管每副圖所示 的內(nèi)容均為單個(gè)的結(jié)構(gòu)化表面元件，但是應(yīng)當(dāng)理解，薄片或薄膜上可以有 多于一個(gè)的結(jié)構(gòu)化表面元件以形成結(jié)構(gòu)化表面元件陣列，然后可將該陣列 進(jìn)一步劃分為更小的單元，或者如下文所述用作陣列。此外，LED和結(jié)構(gòu) 化表面元件之間可以存在一層或多層材料(包括空氣)。在一些實(shí)施例 中，結(jié)構(gòu)化表面元件設(shè)置于形成封裝LED的封殼中。在另外一些實(shí)施例 中，LED.嵌在結(jié)構(gòu)化表面元件之內(nèi)。在其它實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化表面元件形 成于作為不同的層在LED上延伸的薄膜中。
在背光源設(shè)計(jì)中，需要從多個(gè)緊湊光源接收光并在表面區(qū)域使光擴(kuò)展 開(例如，使用CCFL管或LED直接照明的LCD背光源)?；竟庠窗ㄇ?體，光在腔體中傳播和反射并最后被引導(dǎo)至觀察者。腔體內(nèi)通常需要較長(zhǎng) 的光路，以使光充分?jǐn)U展以實(shí)現(xiàn)均勻性。
延長(zhǎng)光路的方法之一是將光限制于聚合物光導(dǎo)內(nèi)，如果該聚合物有吸 收性，則聚合物光導(dǎo)內(nèi)會(huì)存在光損失。作為另外一種選擇，可直接在由部 分透光的薄片和完全反射的薄片界定的中空腔體中發(fā)射光。在后一種情況 下，通常選擇光源以使光源以靠近腔體平面的角度發(fā)射大部分光，從而使 光在很少被反射的情況下自由擴(kuò)散。
圖1是示例性光學(xué)組件的透視圖。
光學(xué)組件100包括發(fā)光二極管(LED) 110 (具有沿z軸延伸的發(fā)光軸 CL)、鄰近LED110的可選反射層120以及設(shè)置于LED110和可選反射層120 之上的結(jié)構(gòu)化表面元件130。結(jié)構(gòu)化表面元件130優(yōu)選地具有沿著發(fā)光軸 Ct設(shè)置或與該發(fā)光軸基本對(duì)齊的相關(guān)基準(zhǔn)點(diǎn)131。結(jié)構(gòu)化表面元件130具有 至少兩個(gè)、三個(gè)或至少四個(gè)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)131徑向布置(或延伸)的線性 棱柱式結(jié)構(gòu)133。在多個(gè)實(shí)施例中，棱柱式結(jié)構(gòu)133發(fā)源于或起源于基準(zhǔn) 點(diǎn)131。
圖1示出了具有十二個(gè)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)131徑向布置的線性棱柱式結(jié)構(gòu) 133的結(jié)構(gòu)化表面元件130。由于每個(gè)棱柱式結(jié)構(gòu)133都具有相交形成延伸 頂端132的兩個(gè)棱柱面或側(cè)面，所以結(jié)構(gòu)化表面元件130的結(jié)構(gòu)化表面具 有24個(gè)這樣的棱柱面或側(cè)面。在多個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)棱柱式結(jié)構(gòu)都具有 90度的頂角。結(jié)構(gòu)化表面元件130可以具有任何可用數(shù)目的、相對(duì)于基準(zhǔn) 點(diǎn)131徑向布置的線性棱柱式結(jié)構(gòu)133。在多個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化表面元 件130具有任何可用數(shù)目的、相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)131或相對(duì)于包含基準(zhǔn)點(diǎn)131 的直線或平面對(duì)稱布置的線性棱柱式結(jié)構(gòu)133。在圖1中，每個(gè)線性棱柱 式結(jié)構(gòu)133都具有棱柱頂端132，并且這些頂端基本上相交于基準(zhǔn)點(diǎn)131。 頂端可以具有介于10度和170度之間或介于70度和110度之間，或?yàn)榧s 90度的任何可用頂角。
棱柱式結(jié)構(gòu)133包括基準(zhǔn)平面134和基本線性的棱柱頂端132?；鶞?zhǔn) 平面134與發(fā)光軸Q垂直。如圖1所示，基準(zhǔn)平面134可以與線性頂端 132平行或基本平行。在一些實(shí)施例中，基準(zhǔn)平面134與線性頂端132和 可選反射層120平行或基本平行。當(dāng)基準(zhǔn)平面134與線性頂端132平行或 基本平行時(shí)，該結(jié)構(gòu)化表面130可稱為"平直脊柱"轉(zhuǎn)向元件。該平直脊 柱轉(zhuǎn)向元件可以具有任何可用厚度(沿著z軸)，并且可設(shè)置于反射層 120或基底層115上。LED110可以與該平直脊柱轉(zhuǎn)向元件分離，也可以嵌 入平直脊柱轉(zhuǎn)向元件中。
圖2是圖1所示光學(xué)組件的計(jì)算漏光通量圖。該圖示出了線性棱柱式 結(jié)構(gòu)的數(shù)目如何影響平直脊柱轉(zhuǎn)向元件的漏光通量。該平直脊柱轉(zhuǎn)向元件 可由折射率為約1.5至1.8的丙烯酸樹脂形成，光可從嵌在丙烯酸樹脂中 的零厚度圓形朗伯曲線光源射出，該光源距離轉(zhuǎn)向元件結(jié)構(gòu)化表面的頂部
0.98mm，距離平面反射性底面0. 02mm。對(duì)于具有六個(gè)、八個(gè)、十二個(gè)及二 十四個(gè)側(cè)面(即，分別對(duì)應(yīng)于三個(gè)、四個(gè)、六個(gè)和十二個(gè)線性棱柱式結(jié)構(gòu) 從基準(zhǔn)點(diǎn)向外擴(kuò)散)的平直脊柱轉(zhuǎn)向元件以及菲涅耳盤(即不具有棱柱式 結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單平坦表面)，繪出通過棱柱表面射出的通量的計(jì)算值與光源尺 寸之間的關(guān)系曲線。借助平直脊柱轉(zhuǎn)向元件的相鄰第一和第二棱柱面上的 連續(xù)第一和第二反射，該平直脊柱轉(zhuǎn)向元件通過全內(nèi)反射使光線在發(fā)光軸 Cl從LED光源射出。這樣，由于光線在平直脊柱轉(zhuǎn)向元件的周邊射出轉(zhuǎn)向 元件，明亮的中心點(diǎn)將會(huì)被消除或減弱。
可在基底115上提供可選反射層120。反射層120將至少一些從 LED110射出的光引導(dǎo)回結(jié)構(gòu)化表面元件130。反射層120可以為鏡面的或 漫射的，并且可由任何可用材料形成?；?15可由任何可用材料形成。 在一些實(shí)施例中，基底115可由金屬、陶瓷或聚合物形成。導(dǎo)體可布置在 不同層上，以輸送往返LEDllO的電流。例如，導(dǎo)體可布置在基底115上。 導(dǎo)體可采用金屬跡線的形式，例如由銅制成的金屬跡線。
LED光在寬的角度范圍內(nèi)從LED110射出。本文所述結(jié)構(gòu)化表面元件 130在轉(zhuǎn)向元件的周邊將該LED光轉(zhuǎn)向并射出?？蓮闹苓厡⒐馓崛〉娇諝?中或另一個(gè)光學(xué)體中，或者可以使光以不進(jìn)行全內(nèi)反射的角度射入該結(jié)構(gòu) 的第一或第二相鄰面，由此從棱柱式結(jié)構(gòu)133提取光。光學(xué)組件可以包括 用于散射光的結(jié)構(gòu)，例如，使用漫反射器120，或者使用棱柱介質(zhì)中的散 射顆粒，或者使用棱柱表面上的表面粗糙度。該LED組件可描述為光限制 LED組件。
如果頂端相對(duì)于基準(zhǔn)表面朝向周邊并且遠(yuǎn)離基準(zhǔn)點(diǎn)131具有向上的傾 斜度，那么光線的傳播角度就會(huì)越來越平行于基準(zhǔn)平面134和/或大致垂直 于發(fā)光軸"(沿著z軸)。這種LED組件可描述為側(cè)發(fā)光LED組件。
結(jié)構(gòu)化表面元件130可由任何可用的材料形成。在多個(gè)實(shí)施例中，結(jié) 構(gòu)化表面元件130為聚合材料，對(duì)于LED110發(fā)射的光是透明的。在一些實(shí) 施例中，結(jié)構(gòu)化表面元件130由聚碳酸酯、聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯等 等形成。
圖3是另一個(gè)示例性光學(xué)組件的透視圖。光學(xué)組件200包括發(fā)光二極 管(LED) 210 (具有沿z軸延伸的發(fā)光軸CJ 、鄰近LED210的可選反射層
220以及設(shè)置于LED210和可選反射層220之上的結(jié)構(gòu)化表面元件230。在 多個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化表面元件230具有沿著發(fā)光軸G.設(shè)置或與該發(fā)光軸 基本對(duì)齊的基準(zhǔn)點(diǎn)231。結(jié)構(gòu)化表面元件230具有至少兩個(gè)、三個(gè)或至少 四個(gè)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)231徑向布置(或延伸)的線性棱柱式結(jié)構(gòu)233。在多 個(gè)實(shí)施例中，棱柱式結(jié)構(gòu)233發(fā)源于或起源于基準(zhǔn)點(diǎn)231。
圖3示出了具有十二個(gè)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)231徑向布置的線性棱柱式結(jié)構(gòu) 233的結(jié)構(gòu)化表面元件230。由于每個(gè)棱柱式結(jié)構(gòu)233都具有相交形成延伸 頂端232的兩個(gè)棱柱面或側(cè)面，所以結(jié)構(gòu)化表面元件230的結(jié)構(gòu)化表面具 有24個(gè)這樣的棱柱面或側(cè)面。結(jié)構(gòu)化表面元件230可以具有任何可用數(shù)目 的、相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)231徑向布置的線性棱柱式結(jié)構(gòu)233。在多個(gè)實(shí)施例 中，結(jié)構(gòu)化表面元件230具有任何可用數(shù)目的、相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)231或相對(duì) 于包含基準(zhǔn)點(diǎn)231的直線或平面對(duì)稱布置的線性棱柱式結(jié)構(gòu)233。在多個(gè) 實(shí)施例中，每個(gè)線性棱柱式結(jié)構(gòu)233都具有棱柱頂端232，并且這些頂端 基本上相交于基準(zhǔn)點(diǎn)231。
棱柱式結(jié)構(gòu)233包括基準(zhǔn)平面234和基本線性的頂端232。如圖3所 示，基準(zhǔn)平面234與線性頂端232不平行或基本不平行。在一些實(shí)施例 中，基準(zhǔn)平面234與可選反射層220平行或基本平行。在所示的實(shí)施例 中，線性頂端232相對(duì)于基準(zhǔn)平面234形成線性傾斜度，并且相對(duì)于發(fā)光 軸a以錐形布置。該結(jié)構(gòu)化表面元件230可以稱為"傾斜脊柱"轉(zhuǎn)向元 件。該傾斜脊柱轉(zhuǎn)向元件可以具有任何可用厚度(沿著z軸)，并且可設(shè) 置于反射層220或基底層215上。LED210可以與該傾斜脊柱轉(zhuǎn)向元件分 離，也可以嵌入傾斜脊柱轉(zhuǎn)向元件中。可根據(jù)光學(xué)組件形成的所需發(fā)光圖 案選擇頂端232相對(duì)于基準(zhǔn)平面234的傾斜度。在多個(gè)情況下，可調(diào)節(jié)傾 斜度以增強(qiáng)或最大化側(cè)面發(fā)光(即光沿著基本平行于x-y平面或基本垂直 于LED發(fā)光軸的方向發(fā)射)；同樣，也可調(diào)節(jié)傾斜度以減小或最小化平行 于發(fā)光軸發(fā)射的光。此外，如下文結(jié)合彎曲棱柱式結(jié)構(gòu)所作的詳細(xì)闡述， 傾斜度可在每個(gè)棱柱式結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度上連續(xù)變化。優(yōu)選地，傾斜度處于2至 80度的范圍，或處于5至30度的范圍，或?yàn)榧s15度。
圖4是圖3所示光學(xué)組件的計(jì)算漏光通量圖。該圖示出了線性棱柱式 結(jié)構(gòu)的數(shù)目如何影響傾斜脊柱轉(zhuǎn)向元件的漏光通量。該傾斜脊柱轉(zhuǎn)向元件
可由(上文所述)丙烯酸樹脂形成，光可從嵌在丙烯酸樹脂中的圓形朗伯
曲線光源射出，該光源距離傾斜脊柱轉(zhuǎn)向元件表面的頂部0.98mm，距離平 面反射性底面0.02mm。在圖4中，頂端232的傾斜度設(shè)置為大約15度。 對(duì)于具有六個(gè)、八個(gè)、十二個(gè)及二十四個(gè)側(cè)面(即，分別對(duì)應(yīng)于三個(gè)、四 個(gè)、六個(gè)和十二個(gè)棱柱式結(jié)構(gòu)233)的傾斜脊柱轉(zhuǎn)向元件，繪出通過棱柱 表面射出的通量的計(jì)算值與光源尺寸之間的關(guān)系曲線。借助傾斜脊柱轉(zhuǎn)向 元件的相鄰第一和第二棱柱面上的連續(xù)第一和第二反射，該傾斜脊柱轉(zhuǎn)向 元件通過全內(nèi)反射使光線在發(fā)光軸CJ人LED光源射出。這樣，由于光線在 轉(zhuǎn)向元件的周邊射出轉(zhuǎn)向元件，明亮的中心點(diǎn)將被消除或減弱。
圖5是另一個(gè)示例性光學(xué)組件的透視圖。光學(xué)組件300包括發(fā)光二極 管(LED) 310 (具有沿z軸延伸的發(fā)光軸CJ 、鄰近LED310的可選反射層 320以及設(shè)置于LED310和可選反射層320之上的結(jié)構(gòu)化表面元件330。在
多個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化表面元件330具有沿著發(fā)光軸a設(shè)置或與該發(fā)光軸
基本對(duì)齊的基準(zhǔn)點(diǎn)331。結(jié)構(gòu)化表面元件330具有至少兩個(gè)、三個(gè)或至少 四個(gè)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)331徑向布置(或延伸)的棱柱式結(jié)構(gòu)333。在多個(gè)實(shí) 施例中，棱柱式結(jié)構(gòu)333發(fā)源于或起源于基準(zhǔn)點(diǎn)331。
圖5示出了具有十二個(gè)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)331徑向布置的棱柱式結(jié)構(gòu)333 的結(jié)構(gòu)化表面元件330。由于每個(gè)棱柱式結(jié)構(gòu)333都具有相交形成延伸彎 曲頂端332的兩個(gè)棱柱面或側(cè)面，所以結(jié)構(gòu)化表面元件330的結(jié)構(gòu)化表面 具有24個(gè)這樣的棱柱面或側(cè)面。結(jié)構(gòu)化表面元件330可以具有任何可用數(shù) 目的、相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)331徑向布置的棱柱式結(jié)構(gòu)333。在多個(gè)實(shí)施例中， 結(jié)構(gòu)化表面元件330具有任何可用數(shù)目的、相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)331或相對(duì)于包 含基準(zhǔn)點(diǎn)331的直線或平面對(duì)稱布置的棱柱式結(jié)構(gòu)333。在多個(gè)實(shí)施例 中，每個(gè)棱柱式結(jié)構(gòu)333都具有棱柱頂端332，并且這些頂端基本相交于 基準(zhǔn)點(diǎn)331。
棱柱式結(jié)構(gòu)333包括基準(zhǔn)平面334和彎曲頂端332。如圖5所示，基 準(zhǔn)平面334與頂端332不平行或基本不平行。在一些實(shí)施例中，基準(zhǔn)平面 334與可選反射層320平行或基本平行。在所示的實(shí)施例中，頂端332相 對(duì)于基準(zhǔn)平面334形成彎曲傾斜度，并且相對(duì)于發(fā)光軸d.以漏斗形結(jié)構(gòu)傾 斜。圖示的結(jié)構(gòu)化表面元件330可稱為"彎曲脊柱"轉(zhuǎn)向元件。該彎曲脊 頁(yè)
柱轉(zhuǎn)向元件可以具有任何可用的厚度(沿著Z軸)，并可設(shè)置于反射層
320或基底層315上。LED310可以與該彎曲脊柱轉(zhuǎn)向元件分離，也可以嵌 入彎曲脊柱轉(zhuǎn)向元件中。
圖6是圖5所示光學(xué)組件的計(jì)算漏光通量圖。該圖示出了彎曲棱柱式 結(jié)構(gòu)的數(shù)目如何影響結(jié)構(gòu)化表面元件的漏光通量。該結(jié)構(gòu)化表面元件可由 (上文所述)丙烯酸樹脂形成，光線可從嵌在丙烯酸樹脂中的圓形朗伯曲 線光源射出，該光源距離光學(xué)元件表面的頂部0.98ram，距離平面反射性底 面0.02mm。在圖6中，棱柱頂端332的曲線近似成旋轉(zhuǎn)橢圓形，其中半長(zhǎng) 軸和半短軸分別為lmm和0. 7mm，旋轉(zhuǎn)軸距離原點(diǎn)大約0. lmm。對(duì)于具有六 個(gè)、八個(gè)、十二個(gè)及二十四個(gè)側(cè)面(即，分別對(duì)應(yīng)于三個(gè)、四個(gè)、六個(gè)和 十二個(gè)棱柱式結(jié)構(gòu)333)的彎曲脊柱轉(zhuǎn)向元件，繪出通過棱柱表面射出的 通量的計(jì)算值與光源尺寸之間的關(guān)系曲線。借助彎曲脊柱轉(zhuǎn)向元件的相鄰 第一和第二棱柱面上的連續(xù)第一和第二反射，該彎曲脊柱轉(zhuǎn)向元件通過全 內(nèi)反射使光線在發(fā)光軸C,從LED光源射出。這樣，由于光線在轉(zhuǎn)向元件的 周邊射出轉(zhuǎn)向元件，明亮的中心點(diǎn)將被消除或減弱。
圖7是另一示例性結(jié)構(gòu)化表面元件430的透視圖。結(jié)構(gòu)化表面元件 430具有沿著發(fā)光軸(^設(shè)置或與該發(fā)光軸基本對(duì)齊的基準(zhǔn)點(diǎn)431。結(jié)構(gòu)化表 面元件430包括在基準(zhǔn)點(diǎn)431處沿著發(fā)光軸Cl (沿著z軸)設(shè)置的漏斗形 凹陷部435。在本文所述的任何實(shí)施例中都可利用漏斗形凹陷部435。在多
個(gè)實(shí)施例中，漏斗形凹陷部435具有圍繞發(fā)光軸a的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀。
結(jié)構(gòu)化表面元件具有至少兩個(gè)、三個(gè)或至少四個(gè)線性棱柱式結(jié)構(gòu)或側(cè) 面433，每個(gè)線性棱柱式結(jié)構(gòu)或側(cè)面都具有棱柱頂端432和靠近基準(zhǔn)點(diǎn)431 的第一末端。在所示實(shí)施例中，棱柱頂端的第一末端與基準(zhǔn)點(diǎn)431隔開。 結(jié)構(gòu)化表面元件430的棱柱式結(jié)構(gòu)433相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)431或相對(duì)于包含基 準(zhǔn)點(diǎn)431的直線或平面對(duì)稱布置。在多個(gè)實(shí)施例中，如果棱柱式結(jié)構(gòu)433 延伸到漏斗形凹陷部435中，則棱柱式結(jié)構(gòu)發(fā)源于或起源于基準(zhǔn)點(diǎn)431。 圖7示出了具有十二個(gè)從漏斗形凹陷部435延伸的線性棱柱式結(jié)構(gòu)433的 光學(xué)元件430。
凹陷部或漏斗形凹陷部435可以具有圍繞發(fā)光軸Cl和/或基準(zhǔn)點(diǎn)431 的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀，并且設(shè)置于LED上并與LED對(duì)齊(如上所述)。LED發(fā)
出的光在漏斗形凹陷部435的表面上發(fā)生全內(nèi)反射，并被向遠(yuǎn)離發(fā)光軸C,
的方向引導(dǎo)。凹陷部或漏斗形凹陷部435在基準(zhǔn)點(diǎn)431處包含尖端。在多 個(gè)實(shí)施例中，凹陷部或漏斗形凹陷部435形成于結(jié)構(gòu)化表面元件430的上 表面中?？捎?jì)算出凹陷部或漏斗形凹陷部435的曲線，并可將該曲線繞發(fā) 光軸CL旋轉(zhuǎn)以形成將LED發(fā)出的所有光基本限制到結(jié)構(gòu)化表面元件430的 漏斗形狀。在多個(gè)實(shí)施例中，漏斗形凹陷部435具有圍繞發(fā)光軸C,的旋轉(zhuǎn) 對(duì)稱形狀。
圖8是另一示例性結(jié)構(gòu)化表面元件530的透視圖。結(jié)構(gòu)化表面元件 530包括從基準(zhǔn)點(diǎn)531延伸的多個(gè)線性棱柱式結(jié)構(gòu)或側(cè)面533。可沿著發(fā)光 軸Q (沿z軸延伸)設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)531。結(jié)構(gòu)化表面元件530具有至少兩 個(gè)、三個(gè)或至少四個(gè)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)531徑向布置(或延伸)的線性棱柱式 結(jié)構(gòu)533。結(jié)構(gòu)化表面元件530的棱柱式結(jié)構(gòu)533相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)531或相 對(duì)于包含基準(zhǔn)點(diǎn)531的直線或平面對(duì)稱布置。在多個(gè)實(shí)施例中，棱柱式結(jié) 構(gòu)533發(fā)源于或起源于基準(zhǔn)點(diǎn)531。圖8示出了具有八個(gè)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)531 徑向布置的線性棱柱式結(jié)構(gòu)533的結(jié)構(gòu)化表面元件530。在多個(gè)實(shí)施例 中，每個(gè)線性棱柱式結(jié)構(gòu)533都具有棱柱頂端532，并且這些頂端基本在 基準(zhǔn)點(diǎn)531處相交。
圖9是另一個(gè)結(jié)構(gòu)化表面元件630的示意性剖視圖。結(jié)構(gòu)化表面元件 630具有沿著發(fā)光軸"設(shè)置或與該發(fā)光軸基本對(duì)齊的基準(zhǔn)點(diǎn)631。結(jié)構(gòu)化表 面元件630包括圍繞外周邊633設(shè)置的漏斗形凹陷部635。雖然圖9所示 為平直脊柱轉(zhuǎn)向元件，但本文所述任何實(shí)施例中均可利用該外部漏斗形凹 陷部635。在多個(gè)實(shí)施例中，漏斗形凹陷部635具有圍繞發(fā)光軸Cl的旋特 對(duì)稱形狀。
結(jié)構(gòu)化表面元件630具有至少兩個(gè)、三個(gè)或至少四個(gè)線性棱柱式結(jié)構(gòu) 或側(cè)面，每個(gè)線性棱柱式結(jié)構(gòu)或側(cè)面都具有棱柱頂端632和靠近基準(zhǔn)點(diǎn) 631的第一末端。結(jié)構(gòu)化表面元件630的棱柱式結(jié)構(gòu)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)631徑 向布置(或延伸)。如上所述，結(jié)構(gòu)化表面元件630可以具有任何可用數(shù) 目的、相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)631徑向布置的線性棱柱式結(jié)構(gòu)。
凹陷部或漏斗形凹陷部635可以具有圍繞發(fā)光軸"和/或基準(zhǔn)點(diǎn)631 的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀。LED發(fā)出的光線在漏斗形凹陷部635表面處發(fā)生全內(nèi)反射，并被向遠(yuǎn)離發(fā)光軸G.的方向引導(dǎo)。在多個(gè)實(shí)施例中，凹陷部或漏斗形
凹陷部635形成于結(jié)構(gòu)化表面元件630的上表面內(nèi)，并且向上并遠(yuǎn)離外周 邊633 (如圖所示)延伸?？捎?jì)算出凹陷部或漏斗形凹陷部635的曲線， 并可將該曲線繞發(fā)光軸C,旋轉(zhuǎn)以形成將LED發(fā)出的所有光線基本限制到結(jié) 構(gòu)化表面元件630的漏斗形狀。在多個(gè)實(shí)施例中，漏斗形凹陷部635具有 圍繞發(fā)光軸C,的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀。
圖IO是可用于本文所述任何實(shí)施例中的LED光源的示意透視圖。該光 源為L(zhǎng)ED晶粒。該LED晶粒可以包括一個(gè)或多個(gè)例如位于LED晶粒中心的 電接觸片(未示出)。所示的發(fā)光軸CL通過LED晶粒的中心延伸。
圖11是可用于本文所述任何實(shí)施例中的可選LED光源的示意性剖視 圖。該LED光源包括包圍LED晶粒、反射杯和結(jié)合引線的封殼。此類LED 光源可從多個(gè)制造商商購(gòu)獲得。所示的發(fā)光軸CL延伸通過LED晶粒和封殼 的中心。
在一些實(shí)施例中，可將多個(gè)結(jié)構(gòu)化表面元件組合起來，形成結(jié)構(gòu)化表 面元件陣列。LED陣列可以與結(jié)構(gòu)化表面元件陣列組合，其中每個(gè)結(jié)構(gòu)化 表面元件都具有多個(gè)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)徑向布置的棱柱式結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，每個(gè) 結(jié)構(gòu)化表面元件的基準(zhǔn)點(diǎn)都與相應(yīng)LED的發(fā)光軸基本對(duì)齊。在一些實(shí)施例 中，LED可設(shè)置在反射層的附近。如果每個(gè)LED都包括設(shè)置于封殼中的LED 晶粒，則可在每個(gè)封殼上單獨(dú)形成結(jié)構(gòu)化表面元件。作為另外一種選擇， 結(jié)構(gòu)化表面元件可形成于在陣列中的一些或所有LED上延伸的連續(xù)光學(xué)膜 中。
本文所述光學(xué)組件和陣列可應(yīng)用于多種平面照明、顯示器或背光源應(yīng) 用場(chǎng)合，其中光學(xué)顯示元件設(shè)置于結(jié)構(gòu)化表面元件之上以發(fā)射光。
可通過任何可用的方法形成本文所述的光學(xué)組件和陣列。在一些實(shí)施 例中，這些光學(xué)組件和陣列是模制的。在一些實(shí)施例中，這些光學(xué)組件和 陣列形成于任意長(zhǎng)度的薄片或薄膜上。
不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為本發(fā)明僅局限于本文所述的具體例子，相反，應(yīng)當(dāng)理解 到，本發(fā)明涵蓋所附權(quán)利要求書中闡述的本發(fā)明的各個(gè)方面。在閱讀本說 明書之后，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白本發(fā)明可進(jìn)行的各種修改形 式、等同處理以及可應(yīng)用本發(fā)明的各種結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)組件，包括發(fā)光二極管(LED)，其具有發(fā)光軸；以及結(jié)構(gòu)化表面，其包括多個(gè)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)徑向布置的棱柱式結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)化表面相對(duì)于所述LED設(shè)置為使得所述基準(zhǔn)點(diǎn)與所述發(fā)光軸基本對(duì)齊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中每個(gè)所述棱柱式結(jié)構(gòu)都具有基本線性的棱柱頂端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)組件，其中每個(gè)棱柱頂端都平行于基準(zhǔn) 平面，所述基準(zhǔn)平面垂直于所述發(fā)光軸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)組件，其中所述棱柱頂端相對(duì)于所述發(fā) 光軸以錐形結(jié)構(gòu)傾斜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中每個(gè)所述棱柱式結(jié)構(gòu)都具有 彎曲的棱柱頂端。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)組件，其中所述棱柱頂端相對(duì)于所述發(fā) 光軸以漏斗形結(jié)構(gòu)傾斜。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中每個(gè)所述棱柱式結(jié)構(gòu)都具有 棱柱頂端，并且所述棱柱頂端基本上相交于所述基準(zhǔn)點(diǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中每個(gè)所述棱柱式結(jié)構(gòu)都具有 棱柱頂端，所述棱柱頂端具有在所述基準(zhǔn)點(diǎn)附近的第一末端，所述 棱柱頂端的所述第一末端與所述基準(zhǔn)點(diǎn)隔開。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)組件，其中所述轉(zhuǎn)向元件還包括位于所 述基準(zhǔn)點(diǎn)處的漏斗形凹陷部，所述棱柱頂端的所述第一末端圍繞所 述凹陷部布置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，還包括-反射層，其布置為用于接納至少一部分由所述結(jié)構(gòu)化表面反射的 LED光。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中所述LED包括設(shè)置于封殼內(nèi) 的LED晶粒，并且所述結(jié)構(gòu)化表面設(shè)置于所述封殼上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)組件，其中所述結(jié)構(gòu)化表面形成于所述 封殼的外表面中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)組件，其中所述結(jié)構(gòu)化表面形成于轉(zhuǎn)向 元件中，并設(shè)置于所述封殼上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中所述棱柱式結(jié)構(gòu)通過全內(nèi)反 射使至少一部分來自所述LED的光轉(zhuǎn)向。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中給定棱柱式結(jié)構(gòu)分別通過相 鄰的第一和第二棱柱面上的連續(xù)的第一和第二反射，使至少一部分 來自所述LED的光轉(zhuǎn)向。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中所述結(jié)構(gòu)化表面包括漏斗形 凹陷部，所述漏斗形凹陷部具有圍繞所述發(fā)光軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀。
17. —種根據(jù)權(quán)利要求l所述的光學(xué)組件的陣列。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的陣列，還包括 反射層，其設(shè)置在所述LED的附近。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的陣列，其中所述轉(zhuǎn)向元件形成于光學(xué)薄膜 上，所述光學(xué)薄膜延伸覆蓋所述LED的至少一部分。
20. —種背光源，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件。
21. —種背光源，其包括根據(jù)權(quán)利要求17所述的陣列。
全文摘要
一種光學(xué)組件，其包括發(fā)光二極管(LED)和結(jié)構(gòu)化表面。所述結(jié)構(gòu)化表面具有多個(gè)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)徑向布置的棱柱式結(jié)構(gòu)，并且相對(duì)于所述LED設(shè)置為使所述基準(zhǔn)點(diǎn)與所述LED的發(fā)光軸基本對(duì)齊。本發(fā)明還公開了這種組件的陣列以及包括這種組件的背光源和顯示器。
文檔編號(hào)H01L33/58GK101341601SQ200680047971
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者肯尼思·A·愛潑斯坦 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司