專利名稱：產(chǎn)生閃耀的led燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用發(fā)光二極管(LED)的燈，尤其涉及用于產(chǎn)生LED燈的閃耀外觀的技術(shù)。
背景技術(shù)：
圖1是傳統(tǒng)倒裝芯片LED管芯10的橫截面視圖，LED管芯10安裝在底座12上并由半球形透鏡14封裝。所發(fā)射的光產(chǎn)生朗伯圖案。LED管芯10底部上的電極16被接合至底座12上的金屬焊盤，該金屬焊盤通過通路被連接至底座12底部上的魯棒接合焊盤18 以用于焊接至印刷電路板。底座12可以是任意尺寸的。一個或多個磷光體層可以覆蓋LED 管芯10使得結(jié)構(gòu)20能夠輸出任何顏色的光，包括白色。這樣的輸出多種顏色的結(jié)構(gòu)20可以從受讓人處購買到。在某些與光發(fā)射美學相關(guān)的應用中，可能期望產(chǎn)生引人注意的光發(fā)射。

發(fā)明內(nèi)容
描述了對人類觀察者產(chǎn)生閃耀效應的新穎LED透鏡。LED管芯大約為1mm2，橫跨管芯表面的發(fā)射光組合以形成非相干光。這樣的光并不閃耀。閃耀是一種特性，其根據(jù)光源或觀察者的移動而導致所發(fā)出的光出現(xiàn)快速變化的亮度外觀。與閃耀相關(guān)的特性被稱為斑點，其中由于橫跨視網(wǎng)膜的被觀察的光的相長和相消干涉，人眼中的視桿細胞和視錐細胞探測到相干光源(例如，激光)的不同亮度。斑點是非常有趣的美學效果，由于LED的非相干性質(zhì)，其不能利用LED被觀察到。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，為產(chǎn)生閃耀和斑點效應，專用的透鏡被固定在LED管芯之上，其中所述管芯以朗伯圖案發(fā)射。透鏡通常是半球形(圓頂形)并被模制成基本上由非常小且互連的小透鏡的陣列形成。每個小透鏡將在其輸入表面處接收到的LED光成形為在其輸出表面處的基本上點源，因此LED管芯橫跨該半球形小透鏡陣列被成像為亮點源的陣列。來自于每個小透鏡的發(fā)射光將是定向的，因此當觀察者相對于光源移動時，觀察者將看到與任何其他點源相比更亮的一個點源。在一個實施例中，LED管芯是基本上每邊的尺寸約為Imm的正方形，小透鏡被布置在與LED管芯間隔約5mm的半球形區(qū)域之上，其中該半球形具有約IOmm的直徑，且每個小透鏡具有約1至l/100mm的直徑。小透鏡的數(shù)量典型地將是100-10，000個或更多。也描述了透鏡和小透鏡的其他形狀。當觀察者相對于光源移動時，光源將出現(xiàn)閃耀。進一步地，由于每個小透鏡產(chǎn)生 LED管芯的基本上點源像，所以假設LED發(fā)射窄范圍的波長，則觀察者的視桿細胞和視錐細胞看到由單個小透鏡發(fā)射的部分地相干的光。點源基本上產(chǎn)生平面光波。不同的視桿細胞和視錐細胞探測到經(jīng)歷不同程度的相長和相消干涉的光，其導致感受到的光具有隨觀察者的眼睛相對于光源的移動而改變的有趣的粒狀。
在模制透鏡的實際實施例中，小透鏡不能產(chǎn)生完美的點源，且實際可實現(xiàn)的點源約為LED管芯面積的1/25 (約0. 04mm2的面積)。這等同于通過小透鏡的約0. 2的實際放大率。術(shù)語“基本上點源”應無論如何被解釋為任何LED像的尺寸面積小于LED管芯面積的約1/9 (0. 33或更小的放大率)。在一個實施例中，透鏡的內(nèi)部表面包括凸透鏡陣列且外部表面包括散射表面，諸如合適的粗糙化表面。粗糙化表面可通過模制或通過其他手段產(chǎn)生。內(nèi)部透鏡在外部表面處產(chǎn)生點源，且通過外部表面的散射使得點源相對于透鏡在隨機的角度被觀察到。透鏡可以是單一的、完整的透鏡或者兩個或更多的同心的透鏡。


圖1是傳統(tǒng)的發(fā)射朗伯圖案的LED光源的橫截面視圖。圖2是當觀察者相對于燈移動時閃耀的LED燈的橫截面視圖。圖3是圖2的透鏡中單獨的小透鏡(Ienslet)部分的透視圖。圖4是具有小透鏡的半球形透鏡的自上而下的平面視圖。圖5是類似于圖2的LED燈但其中透鏡為邊發(fā)射透鏡的LED燈的橫截面視圖。圖6是其中透鏡由間隔的內(nèi)部和外部透鏡形成的LED燈的橫截面視圖。在不同的圖中相似或相同的元件使用相同的數(shù)字進行標記。
具體實施例在圖2中，圖1的LED管芯10和封裝用半球形透鏡14 (朗伯透鏡)由基座22支撐?；?2可以是擴大的底座12 (圖1)，或者LED管芯10可以被安裝在底座12上然后再安裝在更大的基座22上。基座22具有電連接至LED管芯10上的陽極和陰極電極的底部電極M。在一個實施例中，LED管芯10發(fā)射窄波長的光，諸如藍色、綠色、琥珀色、紅色或其他顏色。LED管芯10也可以具有形成在其上的磷光體層，這樣所發(fā)射的光具有紅色、綠色和藍色組分(或藍色和黃色組分)以產(chǎn)生白光。模制的外部透鏡沈被固定在LED管芯10之上。透鏡沈可以是硅樹脂、塑料、玻璃或任何合適的聚合物或其他材料。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以無需過度的實驗而模制任意形狀的透明透鏡。在一個實施例中，LED管芯10具有Imm的邊，且大致為半球形的透鏡沈的直徑約為10mm。然而，實際上任何直徑的透鏡沈也將能夠執(zhí)行閃耀功能。在一個實施例中，透鏡沈由互連的小透鏡的陣列形成，每個小透鏡具有大致為冰淇林蛋卷的形狀。圖3示出了一個小透鏡觀。從LED管芯10發(fā)出的光(朗伯型)由所有小透鏡基本等同地成形。示出了來自于LED管芯10的光線30，其被小透鏡觀折射，其中該折射是由于小透鏡觀的形狀和空氣與透鏡材料的不同的折射率。小透鏡觀的形狀使得LED 的光被聚焦在小透鏡28外部表面上的點31處(外部表面在內(nèi)部透鏡的焦距上)。垂直于小透鏡28觀察小透鏡洲的觀察者將感受到小透鏡28輸出比透鏡沈上的任何其他地方亮得多的光點，這樣，由于透鏡沈表面之上被感受到的亮點依賴于觀察者觀察燈40的角度而發(fā)生變化，所以產(chǎn)生了閃耀效應。透鏡沈基本上具有透鏡34的內(nèi)部陣列和相應的透鏡36的外部陣列。在一個實
4施例中，每個內(nèi)部透鏡是凸的且每個外部透鏡是凸的。也可以使用其他的小透鏡形狀以在透鏡沈的外部表面處產(chǎn)生LED管芯10的基本上點源像。如果點源像足夠小，則透鏡沈產(chǎn)生斑點效應。觀察者的視桿細胞和視錐細胞作為視網(wǎng)膜的一部分，看到由每個小透鏡發(fā)射的部分地相干的光，其中不同的視桿細胞和視錐細胞探測到經(jīng)歷不同程度的相長和相消干涉的光，導致感受到的光具有隨觀察者的眼睛相對于燈40的移動而改變的顆粒性。Imm2管芯的約0. 25的放大率(或更小)的點源像足以產(chǎn)生有趣的斑點。假設LED管芯為1mm2，則0. 25的放大率產(chǎn)生約0. 06mm2的LED管芯像面積。視網(wǎng)膜上的斑點分辨率的極限是艾里斑半徑，由以下等式中的χ給出X=L 22 Xf/d，其中λ是光的波長，f是透鏡的焦距，d是孔的直徑。f/d是透鏡的焦比(f-number)， 對于人眼，平均為f/5. 7 (假設3mm的瞳孔直徑)。概言之，最小的光點約是以微米為單位的透鏡的焦比，因此f/16的透鏡能夠產(chǎn)生直徑約16微米的光點。在一個實施例中，透鏡36的外部陣列由諸如借助于棱鏡的模制的隨機陣列或借助于合適的粗糙化的光散射表面代替。圖2的透鏡因此可以具有由小的、隨機成角的小平面構(gòu)成的外部表面。通常地會存在比內(nèi)部透鏡更多的散射小平面。內(nèi)部透鏡在外部表面處產(chǎn)生點源，且通過外部表面的散射使得點源相對于透鏡以隨機的角度被觀察到。點源也可以被散射小平面細分。圖4是具有小透鏡洲的陣列的透鏡沈的俯視平面圖。由于透鏡靠近邊緣時變得更加豎直，實際的自上而下的視圖將會由于每個外部小透鏡縱橫比的變化而看起來不同。 由于圓形的小透鏡28可以具有僅l/10mm的直徑，因此在IOmm直徑的透鏡沈內(nèi)可以有超過10，000個小透鏡觀。透鏡沈基本上發(fā)射半球形的光亮點陣列，使得當觀察者的觀察角度改變時，不同的亮點被看見，以產(chǎn)生閃耀和斑點效應。甚至100個小透鏡的陣列也能產(chǎn)生閃耀和斑點。圖5是具有邊發(fā)射透鏡46的燈44的橫截面視圖，其中邊發(fā)射透鏡46具有中心的錐狀缺口 48，該缺口從內(nèi)部向側(cè)向反射光。小透鏡50以與圖2中的小透鏡觀相同的方式進行操作。實際上具有小透鏡的透鏡可以是任意形狀，該形狀取決于具體的應用。圖6說明了由內(nèi)部透鏡部分M和外部透鏡部分56形成的透鏡52，其中在內(nèi)部透鏡部分討和外部透鏡部分56之間具有空氣間隙58。透鏡部分M和56產(chǎn)生的點源與圖2 中的小透鏡觀所產(chǎn)生的點源相似。取代空氣間隙58，硅樹脂或其他透明材料可以填充間隙 58并將透鏡各部分粘在一起以便于處理。表面56也可以是散射表面以取代透鏡。圖6也說明了連接至基座22電極的驅(qū)動電子設備60，其可以將120V的交流電轉(zhuǎn)換為直流以控制LED管芯10。燈可以被用作裝飾性的擰入式的電燈泡。在一個實施例中，基座22在其上安裝有與圖2、5或6的相同的閃耀燈的陣列以產(chǎn)生更大的閃耀效應。如果足夠明亮，燈也可以被用于照明?；?2也可以是印刷電路板。透鏡沈、46或52可以制成任意尺寸，且單獨的透鏡可以圍繞多個LED管芯10以得到更亮的光輸出。透鏡將典型地具有約10倍于LED管芯寬度的或更小的直徑；然而，只要依然實現(xiàn)閃耀效應，該直徑可以是任意實際的尺寸。在其他的實施例中，內(nèi)部和外部透鏡可以偏移或被圖案化以掩蔽LED管芯的可見度?？梢詫⑦h場圖案進行優(yōu)化以用于不同應用的要求。
詳細描述了本發(fā)明后，本領(lǐng)域技術(shù)人員會明白，給定本公開內(nèi)容，可以對發(fā)明做出修改而不偏離本文描述的精神和發(fā)明理念。因此，并非旨在將發(fā)明的范圍限制于所說明和描述的特定實施例。
權(quán)利要求
1.一種光源，包括固定至基座的發(fā)光二極管(LED)管芯；和固定至基座的透鏡，該透鏡放置在LED管芯之上以接收來自LED管芯的光，該透鏡包括互連的小透鏡的陣列，每個小透鏡被成形為對來自LED管芯的光進行聚焦，使得在小透鏡的輸出處LED管芯的像的面積被減小至小于LED管芯面積的1/9，從而在該透鏡的外部表面處產(chǎn)生LED管芯的基本上點源像。
2.如權(quán)利要求1所述的光源，其中該透鏡是基本上半球形的且基本上圍繞LED管芯。
3.如權(quán)利要求1所述的光源，其中存在多于100個的小透鏡創(chuàng)建該透鏡。
4.如權(quán)利要求1所述的光源，其中該透鏡的直徑約等于LED管芯寬度的10倍或更小。
5.如權(quán)利要求1所述的光源，其中該透鏡具有包括凸內(nèi)部透鏡的陣列的內(nèi)部表面，所述凸內(nèi)部透鏡將LED管芯的像基本聚焦在透鏡的外部表面處。
6.如權(quán)利要求5所述的光源，其中該外部表面包括凸外部透鏡的陣列。
7.如權(quán)利要求5所述的光源，其中該外部表面包括光散射表面。
8.如權(quán)利要求1所述的光源，其中該透鏡具有包括凸內(nèi)部透鏡的陣列的內(nèi)部表面。
9.如權(quán)利要求1所述的光源，其中該透鏡被模制為一體化件。
10.如權(quán)利要求1所述的光源，其中該透鏡包括內(nèi)部透鏡層和外部透鏡層，在內(nèi)部透鏡層和外部透鏡層之間具有間隙，內(nèi)部透鏡層的一部分和外部透鏡層相應部分的組合形成小透鏡。
11.如權(quán)利要求1所述的光源，其中該透鏡具有IOmm或更小的直徑并基本上圍繞LED管芯。
12.如權(quán)利要求1所述的光源，其中LED管芯具有在其之上的磷光體層。
13.如權(quán)利要求1所述的光源，其中小透鏡被成形為使得當LED管芯被通電時產(chǎn)生斑點ο
14.如權(quán)利要求1所述的光源，其中在該透鏡下方僅存在單一的LED管芯。
15.一種由光源執(zhí)行的方法，該光源包括發(fā)光二極管(LED)管芯和覆蓋在該LED管芯上且基本上圍繞該LED管芯的透鏡，該透鏡包括互連小透鏡的陣列，該方法包括由LED管芯產(chǎn)生基本上朗伯型的光發(fā)射； 通過每個小透鏡接收來自LED管芯的光；通過每個小透鏡基本上聚焦LED管芯的像，使得在小透鏡的輸出處LED管芯的像面積被減小到小于LED管芯面積的1/16，從而在該透鏡的外部表面處產(chǎn)生LED管芯的基本上點源像，其中存在多于100個的小透鏡創(chuàng)建該透鏡，且其中當觀察者在特定角度觀看透鏡時， 每個小透鏡產(chǎn)生如觀察者所感受到的多個峰值的光源的峰值亮點。
全文摘要
描述了一種圍繞LED管芯的基本上半球形的透鏡，當觀察者從不同角度觀察透鏡時該透鏡產(chǎn)生閃耀。該透鏡由100-10,000或更多小透鏡的互連的陣列形成。每個小透鏡將LED管芯的像聚焦在小透鏡的輸出處，使得在輸出處LED管芯像的面積小于LED管芯面積的1/9，以在該透鏡的外部表面處產(chǎn)生LED管芯的基本上點源像。當LED管芯被通電時，每個小透鏡的形狀導致觀察者在不同觀看角度感受到LED管芯的點源像，使得當觀察者相對于透鏡移動時，所發(fā)出的LED光呈現(xiàn)閃耀和斑點。
文檔編號F21K99/00GK102422081SQ201080020798
公開日2012年4月18日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月12日
發(fā)明者布特沃特 M., 比爾休曾 S. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司, 飛利浦拉米爾德斯照明設備有限責任公司