СВЕТОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ ЛИНЗА
LIGHT DISTRIBUTION LENS

[Область техники, к которой относится изобретение]
[0001]
Настоящее изобретение относится к линзе, предназначенной для установки на лампе, выполненной со светоизлучающими элементами и т.п., в которой используется светоизлучающий элемент, такой как светоизлучающий диод.
В частности, настоящее изобретение относится к линзе, имеющей определенную форму поверхности для управления распределением света, чтобы получить необходимое распределение света при использовании этой линзы, причем необходимое распределение света означает удлиненное и плавно рассеянное распределение света, имеющее длинную и короткую оси, от светоизлучающего элемента, который без указанной линзы освещает поверхность, подлежащую освещению по существу изотропно и с вращательной симметрией, и к светоизлучающему устройству с использованием такой линзы, а также способу их изготовления.
[Уровень техники]
[0002]
Известна лампа, в которой светоизлучающий элемент, обычно светоизлучающий диод, установленный на основной плате, скомбинирован с линзой, что обеспечивает состояние необходимого распределения света от светоизлучающего элемента. Необходимо, чтобы линзы, используемые в этих лампах, например при использовании в качестве подсветки дисплейных устройств или т.п., имели нужные характеристики распределения света подсветки, и при использовании в качестве уличного светильника от них требуется иметь характеристики распределения света уличного светильника, подходящего для освещения поверхности дороги.
[0003]
В предшествующем уровне техники в качестве линзы для светоизлучающих элементов, которая обеспечивает характеристику распределения света, имеющего длинную и короткую оси, известны, например, линзы, раскрытые в Патентных документах 1 и 2.
[0004]
Линза по Патентному документу 1 является линзой, которая "обеспечивает светоизлучающий диод, которым можно улучшить распределение освещенности обычных светоизлучающих диодов, в которых яркость быстро снижается с увеличением угла раскрыва относительно оптической оси" (абзац No. 0010), и которая "достигает вышеуказанных целей путем применения модификации формы поверхности уплотнительных элементов" (абзац No. 0011), и которая характеризуется следующим: "в светоизлучающей диоде, содержащем чип, размещенный на заданной оптической оси, и прозрачный уплотнительный элемент для уплотнения чипа относительно передней стороны указанной оптической оси, на передней поверхности уплотнительного элемента образован участок криволинейной поверхности, форма сечения которого вдоль первой плоскости, включающей оптическую ось, образована в виде волнообразной криволинейной поверхности, имеющей вогнутую кривую возле оптической оси и выпуклые кривые по обеим боковым сторонам вогнутой кривой, а форма сечения этого участка криволинейной поверхности вдоль второй плоскости, которая параллельна оптической оси и перпендикулярна первой плоскости, образована выпуклой кривой" (абзац No. 0012).
[0005]
Линза по Патентному документу 2 представляет собой "оптическое устройство для придания световому лучу требуемой формы" (абзац No. 0001), которое "относится к освещаемой поверхности, в частности освещаемой поверхности, имеющей большую протяженность по сравнению с ее шириной, такой как дорога, улица или автомагистраль " (абзац No. 0001), и представляет собой "оптическое устройство для придания световому лучу удлиненной формы" (абзац No. 0010), причем "диоптр является оптической поверхностью, которая отделяет две среды распространения света, имеющие различные показатели преломления" (абзац No. 0018), и оптическое устройство "имеет две взаимно перпендикулярные плоскости симметрии IIA и IIB, которые также перпендикулярны базовой плоскости, в которую вписана базовая плоскость 5, как показано на Фиг. 2. Плоскости IIA и IIB пересекаются по центральной линии 22 линзы 2" (абзац No. 0031), и "для придания световому лучу удлиненной формы необходимо расширить световой луч. Поэтому выходной диоптр 4 содержит первую собирающую секцию 41, вторую собирающую секцию 42 и рассеивающую секцию 43, соединяющую упомянутые первую и вторую собирающие секции 41 и 42" (абзац No. 0032). И форма поверхности линзы такова, что "при повороте кривой, содержащейся между точками С и D, вокруг оси 23 может быть получен весь выходной диоптр 4" (абзац No. 0034).
[0006]
В этих обычных линзах для регулирования распределения света удлиненную схему распределения света получают следующим образом:
для создания похожей на овал схемы, имеющей продольное направление, вместо использования круговой схемы, линзе не нужно иметь простую сферическую поверхность, а форму сечения, выполненного вдоль продольного направления схемы освещенности, в которой есть два пика с центром, заглубленным между ними, так что свет, проходящий через центр сечения, рассеивается по обеим сторонам, и его лучи сходятся в двух направлениях с наклоном от центральной линии линзы. Такую линзу бимодальной формы называют "Ж-образной линзой" вследствие ее уникальной формы распределения света.
На Фигуре 10 проиллюстрирован перспективный вид под углом такой обычной линзы для регулировки распределения света, а на Фиг. 11 показана ее схема освещенности и характеристика распределения света. Поскольку Фиг. 11а является черно-белой, приведено пояснение схемы освещенности на виде слева в плане; внутренняя область яркого кольца представляет собой участок высокой интенсивности, показанной на правой шкале интенсивности, а внешняя область кольца на виде в плане слева представляет собой участок низкой интенсивности. Во всех схемах распределения интенсивности освещения в настоящей заявке, интенсивность освещения выше во внутренней области яркого кольца, чем во внешней области. Рассматривая распределение света в продольном направлении, следует отметить, что свет имеет большее распределение в направлениях, проходящих с наклоном от направления центральной оптической оси 4 линзы, проходящей через центр линзы, чем в направлении этой оси, так что диапазон освещенности светом является удлиненным; однако его схема освещенности представляет собой, как показано на Фиг. 11а, схему распределения света тонкой овальной формы с заостренными кончиками. Нельзя было добиться освещенной поверхности с распределением света, при котором освещена большая площадь с обеспечением постоянной ширины плавно рассеянного распределения света в направлении по короткой оси, а также достигается плавно рассеянное распределение света в направлении по длинной оси с распределением овальной формы без острых кончиков, но имеющую определенную площадь. Помимо этого, нельзя было добиться необходимого сложного распределения света с сохранением плавно рассеянного распределения света овальной формы или с сохранением определенной площади распределения света.
Иными словами, в этих известных линзах для светоизлучающих элементов, несмотря на то что распределение света приобретает удлиненную овальную форму вследствие формы сечения линзы по длинной оси со светоизлучающей стороны в продольном направлении, форма линзы со светоизлучающей стороны сечения по длинной оси, перпендикулярной продольному направлению, образована выпуклыми кривыми (абзац No. 0012 в Патентном документе 1) или является круглой или формой сечения в виде криволинейной поверхности второго порядка (абзац No. 0033, 0034 в Патентном документе 2), и поэтому, при распределении света возле направления по короткой оси, на освещаемой поверхности происходит отражение, усиленное влияние осесимметричной и изотропной формы линзы на источник света светоизлучающего элемента; как следствие, происходит более интенсивное распределение света в направлении по короткой оси, включающей ось этого света, который не проходит от области около короткой оси в продольном направлении, в результате чего не удается получить достаточно однородного освещения поверхности. Помимо сказанного, в этой схеме освещенности, вследствие большого распределения света по короткой оси, включающей оптическую ось, общая эллиптическая форма стремится приобрести форму эллипса, схожего с формой алмаза.
[Документы уровня техники]
[Патентные документы]
[0007]
[Патентный документ 1] JP В 5148682
[Патентный документ 2] JP А 2010-524170
[Раскрытие изобретения]
[Проблемы, решаемые с помощью изобретения]
[0008]
Настоящее изобретение обеспечивает создание линзы, подлежащей встраиванию в светоизлучающий элемент, такой как светоизлучающий диод и т.п., которой обеспечивается, чтобы распределение света от светоизлучающего элемента в качестве источника света имело эллиптическую форму, близкую к прямоугольной или овальной форме, с необходимым без неровностей распределением освещенности, которой достигается высокая точность регулировки распределения света и которая обеспечивает имеющее овальную форму распределение света с покрытием большей площади плавно рассеянного распределения света по сравнению с обычным имеющим овальную форму распределением света, и которой обеспечивается возможность создания более точной схемы освещенности.
[0009]
Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает создание линзы, имеющей плавно рассеянное распределение света, а также имеющей схему освещенности с контуром освещенной поверхности, который имеет прямые части, проходящие параллельно длинной оси, наподобие беговой дорожки, по сравнению с обычным распределением света по существу овальной формы, при котором свет имеет более интенсивное распределение вдоль положения короткой оси этого овала; помимо этого, настоящее изобретение обеспечивает создание линзы и светоизлучающего устройства, которыми создается схема освещенности, близкая к прямоугольной.
[Средства для решения проблем]
[0010]
Настоящее изобретение относится к следующей светораспределительной линзе (далее, линза согласно настоящему изобретению также называется просто "линзой") и светоизлучающему устройству, которыми решаются указанные выше проблемы.
[0011]
Настоящее изобретение имеет следующие аспекты.
[1]
Светораспределительная линза, предназначенная для размещения на светоизлучающей элементе, имеющая сторону, на которую падает свет, обращенную к светоизлучающему элементу, и светоизлучающую сторону, противоположную стороне, на которую падает свет, в которой плоская форма, образованная контуром линзы, если смотреть со светоизлучающей стороны, имеет длинную ось на стороне линзы, на которую падает свет, и короткую ось, перпендикулярную длинной оси, на той же самой плоскости, и в которой центральная оптическая ось линзы, проходящая через центр источника света светоизлучающего элемента от стороны, на которую падает свет, к светоизлучающей стороне, перпендикулярна каждой оси из указанных длинной оси и короткой оси в их пересечении, причем поверхность линзы со светоизлучающей стороны имеет следующую трехмерную форму:
т.е., в сечении линзы по длинной оси, которое является сечением линзы, выполненным вдоль плоскости, включающей в себя длинную ось и центральную оптическую ось линзы, указанная форма является вогнутой на центральной оптической оси линзы и возле этой оси, и является выпуклой по обеим ее боковым сторонам, а в сечении линзы по короткой оси, которое является сечением линзы, выполненным вдоль плоскости, включающей в себя короткую ось и центральную оптическую ось линзы, указанная форма имеет прямолинейную часть на центральной оптической оси линзы и возле этой оси с протяженностью прямолинейной части 5% или более относительно протяженности короткой оси и является выпуклой по обеим ее боковым сторонам.
[2]
Светораспределительная линза по пункту [1], в которой поверхность линзы со светоизлучающей стороны имеет трехмерную форму, причем, в сечении линзы, выполненном вдоль плоскости, параллельной сечению линзы по короткой оси и проходящей непрерывные участки вдоль кривой светоизлучающей стороны сечения линзы по длинной оси, форма поверхности имеет прямолинейную часть, которая параллельна сечению линзы по короткой оси и которая пересекается с сечением линзы по длинной оси, и имеет выпуклые части по обеим ее боковым сторонам, при этом непрерывная криволинейная поверхность, которая пересекается с центральной оптической осью, сформирована из совокупности таких прямолинейных частей вдоль кривой светоизлучающей стороны сечения линзы по длинной оси.
[3]
Светораспределительная линза по пункту [2], в которой прямолинейная часть, которая параллельна сечению линзы по короткой оси, параллельна короткой оси линзы.
[4]
Светораспределительная линза по пункту [2] или [3], в которой форма поверхности линзы со светоизлучающей стороны в сечении линзы, выполненном вдоль плоскости, параллельной сечению линзы по короткой оси и в месте, включенном в указанную непрерывную криволинейную поверхность, имеет прямолинейную часть, которая параллельна сечению линзы по короткой оси и которая пересекается с сечением линзы по длинной оси, причем протяженность указанной непрерывной криволинейной поверхности в направлении по длинной оси, если смотреть со светоизлучающей стороны, составляет 8% или более протяженности длинной оси.
[5]
Светораспределительная линза по пункту [4], в которой, в качестве непрерывной криволинейной поверхности, сформированной вдоль кривой светоизлучающей стороны сечения линзы по длинной оси, в дополнение к первой непрерывной криволинейной поверхности, через которую проходит центральная оптическая ось линзы, выполнена (выполнены) вторая непрерывная криволинейная поверхность (вторые непрерывные криволинейные поверхности), в которой (которых) место расположения центральной оптической оси линзы не включено и которая (которые) сформирована (сформированы) в выпуклой части сечения линзы по длинной оси на расстоянии от первой непрерывной криволинейной поверхности.
[6]
Светораспределительная линза по пункту [5], в которой в выпуклой части светоизлучающей стороны сечения линзы по длинной оси, линза имеет выемку в точках на выпуклой кривой, в которой линия, соединяющая центр источника света и указанные точки на выпуклой кривой, совпадает с нормалями к выпуклой кривой в указанных точках, причем указанная выемка выполнена вдоль указанных нормалей от выпуклой кривой таким образом, что либо участок выпуклой кривой снаружи нормалей становится вогнутым, либо участок выпуклой кривой снаружи нормалей становится выпуклым, обеспечивая, таким образом, образование второй непрерывной криволинейной поверхности в выпуклой части, которая находится в контакте с выемкой и снаружи нормалей.
[0012]
[7]
Светораспределительная линза по любому из пунктов [1]-[6], в которой в сечении линзы по длинной оси, форма светоизлучающей стороны имеет прямолинейную часть протяженностью менее чем 5% протяженности длинной оси в месте расположения центральной оптической оси линзы и возле этого места, и указанная форма является вогнутой на ее обеих боковых сторонах и является выпуклой далее на боковых сторонах.
[8]
Светораспределительная линза по пункту [7], в которой прямолинейная часть сечения по длинной оси и сечения по короткой оси кроме того имеет вогнутость.
[9]
Светораспределительная линза по любому из пунктов [1]-[5] и [7], и [8], в которой трехмерная форма поверхности линзы со светоизлучающей стороны представляет собой гладкую непрерывную криволинейную поверхность.
[10]
Светораспределительная линза по пункту [6], в которой трехмерная форма поверхности линзы со светоизлучающей стороны за исключением указанной выемки представляет собой гладкую непрерывную криволинейную поверхность.
[11]
Светораспределительная линза по любому из пунктов [1]-[10], в которой выпуклая форма образована из кривых, имеющих различные искривления.
[0013]
[12]
Светораспределительная линза по любому из пунктов [1]-[11], в которой выпуклая форма в местах, находящихся сбоку относительно прямолинейной части, в форме светоизлучающей стороны сечения по длинной оси имеет дугу окружности, образованную простой окружностью.
[13]
Светораспределительная линза по любому из пунктов [1]-[12], в которой линза имеет поверхность, включающую в себя прямую линию, почти параллельную центральной оптической оси линзы на всем протяжении или части периферии линзы, причем указанная поверхность образует весь контур или часть контура линзы.
[14]
Светораспределительная линза по любому из пунктов [1]-[13], в которой трехмерная форма поверхности линзы со светоизлучающей стороны имеет выпуклую форму, поднимающуюся вверх и расширяющуюся наружу от формы контура базовой плоскости линзы со стороны, на которую падает свет, причем форма контура линзы, если смотреть со светоизлучающей стороны, больше, чем форма контура базовой плоскости линзы со стороны, на которую падает свет.
[15]
Светораспределительная линза по любому из пунктов [1]-[14], в которой трехмерная форма поверхности линзы со светоизлучающей стороны имеет две зеркально симметричных плоскости, перпендикулярных друг другу, причем центральная оптическая ось линзы является линией пересечения этих зеркально симметричных плоскостей.
[16]
Светораспределительная линза по любому из пунктов [1]-[15], в которой линза имеет, с той своей стороны, на которую падает свет, выпускное углубление для размещения всего или части светоизлучающего элемента, уплотнительного элемента для светоизлучающего элемента и/или схемной платы, на которой они размещены.
[0014]
[17]
Светораспределительная линза по любому из пунктов [1]-[15], в которой линза имеет, с той своей стороны, на которую падает свет, выпускное углубление для жидкости для адгезива или заполнителя.
[18]
Светораспределительная линза по пункту [17], в которой контур выпускного углубления для жидкости имеет, если смотреть со стороны, на которую падает свет, многоугольную форму, форму звезды с размещенными радиально выпуклыми участками или форму с выполненными скругленными углами.
[19]
Светоизлучающее устройство, содержащее плату или схемную плату, на которой размещены светораспределительная линза по любому из пунктов [1]-[18] и светоизлучающий элемент.
[20]
Светоизлучающее устройство по пункту [19], в котором
промежуток образован между поверхностью линзы со стороны, на которую падает свет, и схемной платой, на которой размещен светоизлучающий элемент.
[21]
Способ изготовления светораспределительной линзы, отличающийся тем, что линза выполнена любому из пунктов [1]-[18] и ее формируют подачей под давлением в форму любого из следующих веществ: циклоолефин, циклоолефиновый сополимер, акриловый материал, силикон, эпоксиматериал и смола (resin) или резина (rubber) на их основе, - и осуществляют его отверждение.
[22]
Способ изготовления светоизлучающего устройства, которое содержит плату или схемную плату, на которой размещены светораспределительная линза по любому из пунктов [1]-[18] и светоизлучающий элемент, причем способ включает любой из следующих этапов (1)-(3):
(1) этап подготовки светодиодной сборки, в которой полупроводниковый светоизлучающий элемент (чип), электрически соединенный с выводами электродов, уплотняют прозрачным материалом,
этап подготовки светораспределительной линзы, имеющей выпускное углубление и выпускное углубление для жидкости на поверхности линзы со стороны, на которую падает свет, этап заполнения выпускного углубления адгезивом, этап прикрепления с помощью связующего наполненной адгезивом части к уплотнительной части светодиодной сборки посредством их прижатия друг к другу таким образом, что центр излучения соответствует центральной оптической оси линзы,
этап отверждения адгезива и этап размещения и закрепления светодиодной сборки на схемной плате;
(2) этап размещения полупроводникового светоизлучающего элемента (чипа) в качестве светоизлучающего элемента на схеме платы, которая представляет собой схемную плату, электрического соединения светоизлучающего элемента (чипа) с указанной схемой для получения схемной платы, имеющей светодиодный источник излучения света, выполненный с монтажом микросхем на печатной плате,
этап подготовки светораспределительной линзы, имеющей выпускное углубление и выпускное углубление для жидкости на поверхности линзы со стороны, на которую падает свет, этап заполнения выпускного углубления адгезивом, этап прикрепления с помощью связующего наполненной адгезивом части к светодиодному источнику излучения света посредством их прижатия друг к другу таким образом, что центр излучения полупроводникового светоизлучающего элемента соответствует центральной оптической оси линзы, и этап отверждения адгезива;
(3) этап подготовки линзы, имеющей установочный механизм,
этап подготовки платы, которая представляет собой схемную плату, имеющую светодиодный источник излучения света, выполненный с монтажом микросхем на печатной плате, при котором на схемной плате размещают светодиодную сборку или полупроводниковый светоизлучающий элемент (чип), оснащенный механизмом для приема установочных средств, который взаимодействует с установочным механизмом, выполненным на линзе, и
этап встраивания линзы в светодиодную сборку или схемную плату посредством установочного механизма, без использования адгезива.
[Технические результаты изобретения]
[0015]
В настоящем изобретении, поскольку линза имеет форму с двумя пиками в контуре сечения по длинной оси со светоизлучающей стороны, распределение света имеет размах в направлении по длинной оси линзы, и получено более широкое распределение света в направлении по длинной оси с точки зрения распределения интенсивности свечения.
В контуре сечения по короткой оси со светоизлучающей стороны линзы, вследствие существования прямолинейной части на центральной оптической оси линзы и возле этой оси, распределение света на короткой оси и вокруг нее имеет размах за боковые стороны в направлении по длинной оси и короткой оси на расстоянии от короткой оси, так что получено плавно рассеянное распределение света.
Помимо этого, необходимое распределение света может быть получено путем модифицирования прямолинейной части, выполненной возле центральной оптической оси линзы в сечениях, параллельных сечению по длинной оси.
[0016]
Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения, вблизи места расположения центральной оптической оси линзы, линза имеет прямолинейную часть, параллельную короткой оси, которая также перпендикулярна сечению линзы по длинной оси, в контуре светоизлучающей стороны не только сечения линзы по короткой оси, но и сечений линзы, выполненных вдоль плоскостей, параллельных сечению линзы по короткой оси. В частности, вблизи места расположения центральной оптической оси линзы, включающей в себя указанную ось, линза имеет прямолинейную часть, параллельную короткой оси, которая также перпендикулярна сечению линзы по длинной оси, в контуре светоизлучающей стороны сечения линзы, выполненного вдоль плоскости, параллельной сечению линзы по короткой оси; вследствие этого, прямолинейные части, параллельные короткой оси, выполнены непрерывными, так что указанная непрерывная криволинейная поверхность сформирована из множества прямолинейных частей в направлении по длинной оси вдоль контура светоизлучающей стороны сечения по длинной оси, и соответственно, распределение света возле короткой оси имеет размах в направлении по длинной оси, придавая, таким образом, концентрированной части распределения света вокруг короткой оси более плавное рассеяние, а также распространяя распределение света вокруг короткой оси параллельно длинной оси; в результате чего схема распределения света похожа на 400 метровую беговую дорожку, имеющую прямолинейные части, параллельные длинной оси, и обеспечивается возможность получения отличной схемы распределения света со значительно сглаженным рассеянием, имеющим определенные ширину и протяженность.
Кроме того, линза может иметь, в качестве непрерывной криволинейной поверхности, сформированной вдоль кривой светоизлучающей стороны сечения линзы по длинной оси, первую непрерывную криволинейную поверхность, пересекающуюся с центральной оптической осью линзы, а также вторую непрерывную криволинейную поверхность, не пересекающуюся с центральной оптической осью линзы, и эта вторая непрерывная криволинейная поверхность сформирована в выпуклой части сечения линзы по длинной оси на расстоянии от первой непрерывной криволинейной поверхности; вследствие этого, кривизна овальной схемы освещенности возле кончика его длинной оси на освещенной поверхности может быть уменьшена, чтобы получить схему распределения света, близкую к прямоугольной.
Кроме того, еще в одном аспекте согласно настоящему изобретению, прямолинейная часть также может быть выполнена в направлении по длинной оси сечения линзы по длинной оси, так что распределение света относительно высокой яркости может быть добавлено в центральную часть освещаемой поверхности с плавно рассеянным отличным распределением света, имеющим определенные ширину и протяженность.
[Краткое описание чертежей]
[0017]
[Фиг.1] Фигура 1 представляет собой схему, показывающую один пример линзы согласно настоящему изобретению. На Фигуре 1а показан перспективный вид линзы под углом, на Фиг. 1b(1) показано сечение линзы по короткой оси (сечение В-В), а на Фиг. 1b(2) показано сечение линзы по длинной оси (сечение А-А).
[Фиг.2] На Фигуре 2 показана схема освещенности и характеристическая диаграмма распределения света поверхности, освещенной с использованием светораспределительной линзы по Фиг. 1. На Фигуре 2а показана схема освещенности освещенной поверхности, на Фиг. 2b показана характеристическая диаграмма распределения света.
[Фиг.3] На Фигуре 3 представлена схема, показывающая еще один пример линзы согласно настоящему изобретению. На Фигуре 3а показан перспективный вид линзы под углом, на Фиг. 3b показан вид на нее сверху, на Фиг. 3с показано сечение линзы по длинной оси (сечение А-А), сечение линзы по короткой оси (сечение В-В) и сечения, параллельные сечению линзы по короткой оси, (сечения В1-В1 и В2-В2).
[Фиг.4] На Фигуре 4 показана схема освещенности и характеристическая диаграмма распределения света поверхности, освещенной с использованием линзы по Фиг. 3. На Фигуре 4а показана схема освещенности освещенной поверхности, на Фиг. 4b показана характеристическая диаграмма распределения света.
[Фиг.5] На Фигуре 5 представлена схема, показывающая еще один пример линзы согласно настоящему изобретению. На Фигурах 5а(1) и Фиг. 5а(2) показан перспективный вид линзы под углом, на Фиг. 5b(1) показано сечение (сечение В3-В3), параллельное сечению линзы по короткой оси (сечение В-В) на Фиг. 5а(1), на Фиг. 5b(2) показан один пример сечения (сечение В3-В3), параллельного сечению линзы по короткой оси (сечение В-В) на Фиг. 5b(2), а на Фиг. 5b(3) показано сечение линзы по короткой оси (сечение В-В).
[Фиг.6] Фигура 6 представляет собой схему, показывающую еще один пример линзы согласно настоящему изобретению. На Фигуре 6а представлен перспективный вид линзы под углом, иллюстрирующий выемку, образованную на выпуклой части, и на Фиг. 6b(1)-(3) показано частичное изображение сечения вдоль длинной оси линзы с выемкой.
[Фиг.7] Фигура 7 представляет собой схему, показывающую еще один пример линзы согласно настоящему изобретению. На Фигуре 7а показан перспективный вид линзы под углом, на Фиг. 7b(1) показано сечение линзы по короткой оси (сечение В-В), а на Фиг. 7b(2) показано сечение линзы по длинной оси (сечение А-А).
[Фиг.8] На Фигуре 8 показана схема освещенности и характеристическая диаграмма распределения света поверхности, освещенной с использованием линзы по Фиг. 7. На Фигуре 8а показана схема освещенности, на Фиг. 8b показана характеристическая диаграмма распределения света.
[Фиг.9] Фигура 9 представляет собой схему, показывающую еще один пример линзы согласно настоящему изобретению. На Фигуре 9а показан перспективный вид линзы под углом, на Фиг. 9b(1) показано сечение линзы по короткой оси (сечение В-В), а на Фиг. 9b(2) показано сечение линзы по длинной оси (сечение А-А).
[Фиг.10] На Фигуре 10 показана обычная Ж-образная линза. На Фигуре 10а показан перспективный вид линзы под углом, на Фиг. 10b(1) показано сечение линзы по короткой оси (сечение В-В), а на Фиг. 10b(2) показано сечение линзы по длинной оси (сечение А-А).
[0018]
[Фиг.11] На Фигуре 11 показана схема освещенности и характеристическая диаграмма распределения света поверхности, освещенной с использованием линзы по Фиг. 10. На Фигуре 11а показана схема освещенности освещенной поверхности, а на Фиг. 11b показана характеристическая диаграмма распределения света.
[Фиг.12] На Фигуре 12 показана линза по одному примеру согласно настоящему изобретению. На Фигуре 12а показан перспективный вид линзы под углом, если смотреть со стороны, на которую падает свет, на Фиг. 12b(1) показано сечение линзы по короткой оси (сечение В-В), а на Фиг. 12b(2) показано сечение линзы по длинной оси (сечение А-А).
[Фиг.13] На Фигуре 13 показаны сечения, иллюстрирующие выполнение линзы по Фиг. 12 за одно целое со светодиодной сборкой. На Фигуре 13а показаны поясняющие чертежи в отношении сечения линзы по короткой оси, а на Фиг. 13b показаны поясняющие чертежи в отношении сечения линзы по длинной оси.
[Фиг.14] На Фигуре 14 показаны сечения по одному примеру светоизлучающего устройства согласно настоящему изобретению. На Фигуре 14а показан пример сечения вдоль длинной оси светоизлучающего устройства, а на Фиг. 14b показан еще один пример сечения вдоль длинной оси светоизлучающего устройства.
[Фиг.15] На Фигуре 15 показаны сечения еще одного примера светоизлучающего устройства согласно настоящему изобретению. На Фигуре 15а показан случай, при котором установка выполнена на стороне основания светодиодной сборки, на Фиг. 15b показан случай использования лапок. Самые верхние чертежи представляют собой сечения в установленном состоянии, средние чертежи представляют собой сечения перед установкой линзы, и на самых нижних чертежах показаны плоскости линзы, если смотреть со стороны, на которую падает свет.
[Фиг.16] На Фигуре 16 показаны сечения еще одного примера светоизлучающего устройства согласно настоящему изобретению. Верхний чертеж представляет собой сечение в установленном состоянии, средний чертеж представляет собой сечение перед установкой линзы и нижний чертеж является плоскостью линзы, если смотреть со стороны, на которую падает свет.
[Способы осуществления изобретения]
[0019]
Далее светораспределительная линза поясняется со ссылкой на чертежи.
[Первый вариант реализации изобретения]
Светораспределительная линза в соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения имеет сторону, на которую падает свет, обращенную к светоизлучающему элементу, и светоизлучающую сторону, противоположную стороне, на которую падает свет, причем внешняя форма линзы, если смотреть со светоизлучающей стороны, имеет длинную ось и короткую ось, перпендикулярную длинной оси, и имеет центральную оптическую ось линзы, проходящую через центр источника света светоизлучающего элемента от стороны, на которую падает свет, к светоизлучающей стороне, при этом
центральная оптическая ось линзы перпендикулярна каждой оси из указанных длинной оси и короткой оси в их пересечении.
Форма поверхности линзы со светоизлучающей стороны является трехмерной формой, содержащей сечение линзы по длинной оси, которое является сечением линзы, включающим в себя указанную длинную ось и центральную оптическую ось линзы, и сечение линзы по короткой оси, которое является сечением линзы, включающим в себя указанную короткую ось и центральную оптическую ось линзы.
Иными словами, форма поверхности линзы со светоизлучающей стороны в сечении линзы по длинной оси является вогнутой на центральной оптической оси линзы и возле этой оси и является выпуклой по обеим боковым сторонам вогнутой части. Форма поверхности линзы со светоизлучающей стороны в сечении линзы по короткой оси имеет прямолинейную часть протяженностью 5% или более относительно протяженности короткой оси на центральной оптической оси линзы и возле этой оси, и является выпуклой по обеим боковым сторонам прямолинейной части.
[0020]
В данном случае протяженности длинной оси и короткой оси относятся к протяженностям поверхности линзы со стороны, на которую падает свет, которые обнаруживаются в сечении линзы по длинной оси и сечении по длинной оси. В случае выполнения фланцевого выступа и т.п. на внешней периферийной поверхности линзы со стороны, на которую падает свет, так что контур линзы, показанный на плоскости светоизлучающей стороны, становится больше, чем контур стороны линзы, на которую падает свет, при этом протяженности длинной оси и короткой оси относятся к протяженностям длинной и короткой осей, которые проходят к пересечениям с контуром поверхности линзы, имеющей выпуклую форму, очерченной поверх базовой поверхности линзы со стороны, на которую падает свет. Помимо этого, как будет описано позже, взаимное расположение центра источника света и плоскости, включающей в себя длинную и короткую оси, является следующим: когда центр источника света расположен внутри линзы вдоль центральной оптической оси линзы, центр источника света расположен немного ближе к светоизлучающей стороне от плоскости, включающей в себя короткую и длинную оси; или центр источника света может быть расположен на плоскости, включающей в себя короткую и длинную оси; или центр источника света может быть расположен снаружи плоскости, включающей в себя короткую и длинную оси; в любом из этих случаев используются вышеупомянутые протяженности длинной оси и короткой оси.
[0021]
Если смотреть со светоизлучающей стороны, короткая ось расположена непосредственно под прямой линией, проходящей через центр низа вогнутой части, сформированной в направлении по длинной оси, а длинная ось расположена непосредственно под прямой линией, проходящей через центр двух пиков в форме с двумя пиками. Центральная оптическая ось линзы расположена на пересечении короткой оси с длинной осью и перпендикулярна длинной и короткой осям; вследствие этого центральная оптическая ось линзы перпендикулярна поверхности линзы со стороны, на которую падает свет. Помимо этого, источник света физически имеет светоизлучающую область, и центр светоизлучающей области выполнен так, что он является центром источника света.
[0022]
Светораспределительная линза по первому варианту реализации изобретения имеет трехмерную форму, как показано на перспективном изображении, выполненным под углом, по Фиг. 1а. На Фигуре 1b(1) показано сечение линзы по короткой оси, выполненное вдоль плоскости, включающей в себя центральную оптическую ось 4 линзы и короткую ось линзы (линия В-В), а на Фиг. 1b(2) показано сечение линзы по длинной оси, выполненное вдоль плоскости, включающей в себя центральную оптическую ось 4 линзы и длинную ось линзы (линия А-А). На Фиг. 1b(1), форма стороны излучения света имеет прямолинейную часть 1а, которая параллельна короткой оси и перпендикулярна центральной оптической оси линзы. Протяженность прямолинейной части, схематично представленной толстой сплошной линией (далее на чертежах она представлена аналогичным образом), составляет 5% или более относительно протяженности короткой оси (т.е. протяженности линзы по линии В-В). Эта прямолинейная часть не представлена в обычных линзах для регулировки распределения света, описанных выше.
На Фигуре 2а показана схема освещенности освещенной поверхности в случае светораспределительной линзы, имеющей прямолинейную часть протяженностью 18% относительно короткой оси. Форма этой схемы имеет определенную ширину в направлении короткой оси с образованием овальной или эллиптической формы. В профиле этой схемы освещенности краевой участок относительно наружной стороны короткой оси выполнен немного криволинейным, однако этот профиль почти параллелен длинной оси, с получением схемы освещенности, близкой к прямой линии, проходящей в направлении по длинной оси. На Фигуре 2b показана характеристическая диаграмма распределения света в этом случае. На характеристической диаграмме распределения света по Фиг. 2b кривая из точек показывает относительную интенсивность излучения света, имеющую место вдоль короткой оси, при этом кривая, показывая наименьшее значении при 0°, представляет относительную интенсивность излучения света, имеющую место вдоль длинной оси, а другая кривая показывает относительную интенсивность излучения света, имеющую место вдоль направления под углом 45° относительно длинной оси и короткой оси. Далее те же самые определения применяются для других характеристических диаграмм распределения света. Как описано выше, поскольку Фиг. 2а является черно-белой, приведено следующее пояснение для схемы освещенности на виде слева в плане: внутренняя область яркого кольца представляет собой участок высокой интенсивности, показанной на правой шкале интенсивности, и внешняя область кольца на виде в плане слева представляет собой участок низкой интенсивности.
[0023]
В отличие от этого, на Фиг. 10 показана линза уровня техники, в которой форма линзы со светоизлучающей стороны в сечении по длинной оси имеет дугообразную выпуклую кривую 18, схожую с простой окружностью; а на Фиг. 11а показана схема освещенности поверхности, освещенной с использованием этой линзы. Вследствие формы выпуклой линзы с выпуклым сечением по короткой оси, не имеющей прямолинейной части в сечении линзы светоизлучающей стороны по короткой оси, свет сходится возле длинной оси указанной схемы освещенности, и даже в области возле короткой оси указанной схемы освещенности свет сходится возле центральной оптической оси, и схема освещенности показывает участок большой насыщенности возле центра короткой оси без широкого размаха распределения света в направлении ширины. По направлению длинной оси, даже в области на небольшом удалении от длинной оси указанной схемы освещенности, свет не рассеивается с распределением вокруг длинной оси, а происходит распределение света с заостренными кончиками в направлении длинной оси с образованием области небольшого удлинения в форме алмаза, и при этом распределение света не является плавно рассеянным. Иными словами, обычная линза приводит к значительно отличающейся форме освещенной поверхности по сравнению с формой, обеспечиваемой светораспределительной линзой по первому варианту реализации настоящего изобретения.
[0024]
В зависимости от конструкции прямолинейной части в сечении линзы по короткой оси можно получить необходимую степень размаха распределения света в этой схеме освещенности вокруг короткой оси и в направлении по короткой оси. При выполнении линзы с необходимым распределением света эту форму легко рассчитать, поскольку именно прямолинейную часть нужно получить в сечении линзы по короткой оси. Протяженность прямолинейной части составляет предпочтительно 5-40% протяженности короткой оси. Кроме того, 8-30%, в частности 10-20% является более предпочтительным вариантом. Когда протяженность прямолинейной части составляет менее чем 5% относительно протяженности короткой оси, разница в форме сечения линзы по короткой оси между формой простой окружности и указанной формой с прямой линией становится слишком малой, так что нельзя получить эффекта от регулировки распределения света. Когда прямолинейная часть является слишком длинной, распределение света имеет слишком большой размах, и схема освещенности искажается. Помимо этого, она также влияет на выпуклые части, которые соединены с прямолинейной частью сечения линзы по короткой оси на боковых сторонах. Если указанная протяженность составляет более чем 40%, диапазон регулировки посредством выпуклой кривой, имеющей умеренно выпуклую форму на боковых сторонах, уменьшается, что приводит к затруднению получения плавно рассеянного распределения света.
Прямолинейная часть может не находится в положении, симметричном относительно центральной оптической оси линзы, и может быть наклонена относительно короткой оси линзы. Когда желательно иметь эллиптическую асимметричную схему освещенности в направлении по короткой оси схемы освещения, прямолинейная часть может быть подходящим образом выполнена асимметричной.
Соединение прямолинейной части с выпуклыми частями обеих боковых сторон может быть прерывистым (например, с кромками) или гладким. Гладкое соединение является предпочтительным, вследствие светлых или темных пятен, появляющихся в результате преломлений в прерывистых соединениях.
[0025]
[Второй вариант реализации изобретения]
В светораспределительной линзе в соответствии со вторым вариантом реализации настоящего изобретения, как показано на Фиг. 3, поверхность линзы со светоизлучающей стороны имеет трехмерную форму, в котором, в сечении линзы, выполненном вдоль плоскости, параллельной сечению линзы по короткой оси, указанная форма имеет прямолинейную часть, которая параллельна короткой оси линзы и которая пересекается с сечением линзы по длинной оси, и имеет выпуклые части по обеим ее боковым сторонам; в этом варианте реализации изобретения, эффект распределения света, объясненный для первого варианта реализации изобретения, усиливается для света, излучаемого от центра источника света в направлениях между короткой осью линзы и длинной осью линзы, и для местного источника света, который имеет определенную площадь.
Кроме того, предпочтительный вариант реализации изобретения представляет собой светораспределительную линзу, в которой форма поверхности линзы со светоизлучающей стороны в множестве сечений, выполненных вдоль плоскостей, параллельных сечению линзы по короткой оси, имеет прямолинейную часть, которая параллельна короткой оси линзы и которая пересекается с сечением линзы по длинной оси, причем непрерывная криволинейная поверхность 8, через которую проходит центральная оптическая ось, образована из совокупности таких прямолинейных частей вдоль искривления светоизлучающей стороны сечения линзы по длинной оси, и протяженность указанной непрерывной криволинейной поверхности в направлении по длинной оси, если смотреть со светоизлучающей стороны, составляет 8% или более протяженности длинной оси линзы.
[0026]
Говоря другими словами, на Фиг. 3, линза имеет непрерывную криволинейную поверхность, которая выполнена в форме светоизлучающей стороны сечения, параллельного сечению линзы по короткой оси, которая образована из совокупности прямолинейных частей, параллельных короткой оси линзы и перпендикулярна сечению линзы по длинной оси, и протяженность этой непрерывной криволинейной поверхности на виде сверху составляет 8% или более протяженности длинной оси линзы. Помимо этого, протяженность прямых линий, параллельных короткой оси линзы, которые образуют указанную криволинейную поверхность, является предпочтительно наибольшей в сечении линзы по короткой оси и постепенно уменьшается с увеличением расстояния между сечением, параллельным сечению линзы по короткой оси, и сечением линзы по короткой оси; на Фиг. 3, прямая линия исчезает в месте сечения линзы по длинной оси.
Цель этой формы заключается в следующем: в поверхности линзы, имеющей прямолинейную часть, параллельную короткой оси линзы, с перемещением прямолинейной части сечения, параллельного сечению линзы по короткой оси, наружу вдоль длинной оси, протяженность этой прямолинейной части уменьшается, и состояние линзы изменяется от состояния, в котором она действует в качестве вогнутой линзы, оказывающей рассеивающее воздействие, на состояние выпуклой линзы, заставляющей свет сходиться посредством уменьшенной прямолинейной части.
В данном случае, рассеивающее воздействие означает, что после прохода светового луча через линзу, угол, образованный между каждым световым лучом, излучаемым от источника света, и центральной оптической осью линзы увеличивается.
[0027]
Соответственно, на виде сверху трехмерной формы поверхности линзы со светоизлучающей стороны, в качестве одного примера, непрерывная криволинейная поверхность 8 принимает форму, близкую к алмазу, имеющему противоположные углы на длинной оси линзы и короткой оси, как показано на Фиг. 3b.
Если протяженность прямолинейной части не уменьшается с увеличением расстояния между сечением, параллельным сечению линзы по короткой оси и сечением линзы по короткой оси, заданная степень собирания света не может быть достигнута на боковых сторонах в направлении длинной оси линзы, и количество света в схеме освещенности уменьшается в направлении по длинной оси освещенной поверхности, что приводит к появлению неоднородности. Однако концы непрерывной поверхности стороны длинной оси не обязательно выполнены без прямолинейной части, и концы непрерывной поверхности стороны длинной оси могут иметь определенную протяженность в направлении, перпендикулярном сечению линзы по длинной оси.
[0028]
Что касается схемы освещенности поверхности, освещенной с использованием этой линзы, как показано на Фиг. 4, в дополнение к возможности получения очень однородной освещенной поверхности, распределение света в направлении по короткой оси указанной схемы освещенности проходит параллельно в направлении по длинной оси указанной схемы освещенности. По сравнению со светораспределительной линзой согласно первому варианту реализации изобретения, расширение в направлении по короткой оси контура указанной схемы освещенности становится более линейным, и обеспечивается возможность получения однородной схемы освещенности, имеющей прямые части, параллельные длинной оси, наподобие 400 метровой беговой дорожки, а также обеспечивается возможность получения отличного распределения света, имеющего определенную ширину в направлении по короткой оси и определенную протяженность в направлении по длинной оси.
Непрерывная криволинейная поверхность 8 может быть или не быть в симметричном положении, если смотреть от центральной оптической оси линзы, а также наклонена к направлению по короткой оси линзы, если смотреть от направления по длинной оси. Помимо этого, степень этого наклона может отличаться в разных сечениях, параллельных сечению линзы по короткой оси. Например, прямолинейная часть сечения линзы по короткой оси перпендикулярна сечению линзы по длинной оси, и прямолинейная часть в сечении, параллельном сечению линзы по короткой оси имеет наклон в направлении по короткой оси, и участки между сечением линзы по короткой оси и сечениями, параллельными сечению линзы по короткой оси, могут быть сформированы таким образом, что эти сечения соединены непрерывной скрученной поверхностью, формируя в результате этого непрерывную криволинейную поверхность. Когда необходима асимметричная эллиптическая схема освещенности в направлении по короткой оси указанной схемы освещенности, непрерывная криволинейная поверхность может быть отрегулирована подходящим образом.
Способ соединения с выпуклой частью на боковых сторонах непрерывной криволинейной поверхности может быть реализован прерывистым или гладким образом, однако предпочтительно гладкое соединение. При их гладком соединении изменения в результате преломлений, влияющих на распределение света вследствие имеющей прерывистое соединение части, не возникают, а вследствие этого яркий участок и темный участок не образуются.
[0029]
Что касается трехмерной формы поверхности линзы со светоизлучающей стороны светораспределительной линзы в соответствии со вторым вариантом реализации, если смотреть сверху со светоизлучающей стороны, форма, представленная на виде сверху, непрерывной криволинейной поверхности, образованной на поверхности линзы со светоизлучающей стороны совокупностью прямолинейных частей, параллельных короткой оси линзы, может быть изменена подходящим образом в зависимости от характеристик распределения света освещенной поверхности.
В частности, прямая линия на сечении линзы по короткой оси является самой длинной, а протяженность прямых линий на сечениях, параллельных сечению линзы по короткой оси, может быть произвольным образом короче, чем протяженность прямой линии на сечении линзы по короткой оси. Ширина прямолинейной части в направлении по короткой оси находится, в самом широком варианте, в диапазоне 5-40%, предпочтительно 8-30% и более предпочтительно 10-20% протяженности короткой оси.
Протяженность прямолинейной части в направлении сечения линзы по длинной оси может имеет любую длину, и прямолинейная часть может быть выполнена для всей светоизлучающей стороны; с учетом первого варианта реализации изобретения, в настоящем изобретении указанная протяженность составляет 0-100% относительно протяженности длинной оси линзы; 8% или более является предпочтительным, чтобы получить результаты согласно настоящему варианту реализации изобретения. В предпочтительном варианте реализации указанный диапазон составляет 8-70%, в более предпочтительном варианте реализации диапазоне составляет 10-50%.
[0030]
[Третий вариант реализации изобретения]
Светораспределительная линза в соответствии с третьим вариантом реализации настоящего изобретения представляет собой светораспределительную линзу, имеющую, как показано на перспективном изображении, выполненном под углом, по Фиг. 5а(1), в дополнение к непрерывной криволинейной поверхности, которая сформирована вдоль кривой сечения линзы по длинной оси светоизлучающей стороны и которая включает в себя прямые линии, параллельные короткой оси линзы, вторую криволинейную поверхность 8b, состоящую из совокупности прямых линий, параллельных короткой оси линзы, которая не включает в себя место расположения центральной оптической оси линзы, причем вторая криволинейная поверхность 8b сформирована в определенном месте в выпуклой части сечения линзы по длинной оси, на расстоянии от первой криволинейной поверхности 8а.
Первой криволинейной поверхностью, включающей в себя место расположения центральной оптической оси линзы, могут быть получены технические результаты, схожие с результатами, достигаемыми средствами второго варианта реализации изобретения. Кроме того, светораспределительная линза по третьему варианту реализации изобретения обеспечивает возможность получения следующих технических результатов: в этой линзе вторая криволинейная поверхность, не включая место расположения центральной оптической оси линзы, сформирована в определенном месте в выпуклой части сечения линзы по длинной оси на расстоянии от первой криволинейной поверхности, что приводит к уменьшению распределения света на кончике схемы освещенности освещенной поверхности в направлении ее длинной оси (направлении А-А) и соответствующему увеличению распределения света в направлениях, проходящих от направления по длинной оси (направление, представленное С-С на Фиг. 3а и 3b; здесь и далее, указанное (направление С-С) относится к тому же значению, как на Фиг. 3), благодаря чему схема освещенности может иметь большую кривизну в направлении С-С при уменьшении кривизны в направлении А-А. Иными словами, обеспечивается получение схемы освещенности, при которой схема освещенности 400 метровой беговой дорожки согласно второму варианту реализации приближена к прямоугольной форме (прямоугольник со скругленными углами).
[0031]
Место на выпуклой кривой сечения линзы по длинной оси, в которой выполнена вторая криволинейная поверхность, на расстоянии от первой криволинейной поверхности, предпочтительно расположено на боковых сторонах пиков формы с двумя пиками в сечении линзы по длинной оси. Свет, излучаемый от области боковых сторон пиков в сечении линзы по длинной оси, в основном распределяется к кончикам в направлении А-А, и это является фактором, определяющим кривизну схемы освещенности в направлении А-А; вследствие этого, чтобы уменьшить эту кривизну и направить излучаемый свет в направлении С-С, предпочтительно обеспечить вторую криволинейную поверхность, состоящую из совокупности прямых линий, параллельных короткой оси линзы в боковой области пиков формы с двумя пиками, обеспечивая, таким образом, преломление света, излучаемого в направлении А-А, к направлению С-С.
[0032]
На изображении сечения на Фиг. 5b(1) показано произвольное сечение В3-В3, когда вторая криволинейная поверхность представляет собой криволинейную поверхность, имеющую прямые линии, параллельные короткой оси.
На Фигуре 5b(3) показана первая криволинейная поверхность в сечении линзы по короткой оси.
[0033]
Кроме того, также возможно использование углубления, выполненного в форме канавки во второй непрерывной криволинейной поверхности. В этом случае, в сечении, параллельном сечению линзы по короткой оси (сечение В3-В3 на Фиг. 5а(2)), углубление представлено сечением, имеющим вогнутую кривую 1d, как показано на Фиг. 5b(2), в котором нижняя часть вогнутой кривой расположена в месте, перпендикулярном сечению линзы по длинной оси. А именно, кривая вдоль нижнего центра канавки включена в плоскость сечения линзы по длинной оси. Посредством использования такого выполненного в форме канавки углубления во второй непрерывной криволинейной поверхности 8b, излучаемый свет, проходящий в направлении А-А, является существенно рассеянным в направлении С-С, благодаря чему получается необходимая схема освещенности в направлении по длинной оси овальной схемы освещенности, а также уменьшение кривизны в направлении А-А. В некоторых случаях прямые линии, параллельные короткой оси, могут не включаться во вторую непрерывную криволинейную поверхность.
В данном случае кривая 8 с вдоль нижнего центра канавки проходит предпочтительно вдоль кривой, образованной выпуклой частью сечения линзы по длинной оси; однако, в зависимости от необходимого распределения света, она может не проходить вдоль кривой, образованной выпуклой частью сечения линзы по длинной оси.
[0034]
[Четвертый вариант реализации изобретения]
Светораспределительная линза в соответствии с четвертым вариантом реализации настоящего изобретения представляет собой светораспределительную линзу, имеющую, как показано на Фиг. 6, на выпуклой кривой сечения линзы светоизлучающей стороны по длинной оси, выемку в точках на выпуклой кривой, в которой линия, соединяющая центр источника света и указанные точки на выпуклой кривой совпадает с нормалями к выпуклой кривой в указанных точках, причем указанная выемка выполнена начиная от выпуклой кривой вдоль указанных нормалей, либо с выпуклой криволинейной частью снаружи (т.е. стороны, удаленной от центральной оси линзы) нормалей, являющейся вогнутой, либо с выпуклой криволинейной частью снаружи нормалей являющейся выпуклой, обеспечивая, таким образом, образование второй непрерывной криволинейной поверхности, включающей в себя прямые линии, параллельные короткой оси, в выпуклой части, которая находится в контакте с выемкой и снаружи нормалей.
[0035]
Иными словами, в плоскости, включающей в себя центральную оптическую ось 4 линзы и световые лучи, испускаемые от центра 10 источника света к выпуклой части, излучаемый свет в месте пересечения, в котором линия, соединяющая центр источника света и выпуклую кривую, представляет собой нормаль к выпуклой кривой в этой точке, проходит прямо без преломления независимо от наличия линзы. Геометрическое место точек излучаемого схожим образом света, который представляется в виде нормали к выпуклой кривой на криволинейной поверхности, образует коническую поверхность виртуального конуса, повернутого вокруг центральной оптической оси линзы, как показано на Фигуре 6а, когда кривая образована в основном из подобных кривых; и дугообразное геометрическое место точек 12 проходит на поверхности линзы в виде продолжения точек, где луч 13 испускаемого света является ортогональным к касательной линии выпуклой кривой. Вершинный угол этого виртуального конуса будет меняться в соответствии с формой выпуклой криволинейной поверхности в точке, где луч 13 пересекается при вращении. Таким образом, в каждой из плоскостей, включающих в себя центральную оптическую ось 4 линзы и световой луч, испускаемый от центра 10 источника света к выпуклой части, по мере изменения формы кривой, точки, в которых световой луч, испускаемый от центра источника света, является нормальным к выпуклой кривой линии выпуклой части, представляется в виде геометрического места точек 11 в выпуклой части линзы при изменении его высоты от плоскости стороны, на которую падает свет.
Помимо этого, когда светораспределительная линза выполнена зеркально симметричной относительно сечения по длинной оси, геометрическое место точек 12 также присутствует на поверхности выпуклой части противоположной стороны.
[0036]
Возле сечения линзы по длинной оси выполнена выемка 9 по Фиг. 6b дугообразного геометрического места точек 12 на выпуклой поверхности. На Фигурах 6b(1)-(3) показаны частичные сечения вдоль длинной оси линзы, представляющие выемку 9, причем свет, излучаемый от центра источника света, совпадает с указанной нормалью, и указанная выемка образована вдоль нормали. Один пример показан на Фиг. 6b(1), на которой выемка 9 выполнена таким образом, что выпуклая форма линзы снаружи этого дугообразного геометрического места точек (напротив центральной оптической оси линзы) снаружи образована с углублением. Другие примеры показаны на Фиг. 6b(2) и (3), на которых выемка 9 выполнена таким образом, что выпуклая форма линзы снаружи этого дугообразного геометрического места точек выполнена выступающей. И в предпочтительном варианте реализации поверхность линзы снаружи указанного дугообразного геометрического места точек имеет непрерывную криволинейную поверхность, включающей в себя прямые линии, параллельные короткой оси линзы, причем эта криволинейная поверхность также перпендикулярна сечению линзы по длинной оси.
[0037]
Приведено пояснение выемки, образованной в сечении линзы по длинной оси, показанной на Фиг. 6b(1). В точке на выпуклой кривой, в которой линия, соединяющая центр источника света и эту точку, совпадает с нормалью к этой точки выпуклой кривой, выемка 9 выполнена от этой точки вдоль нормали таким образом, что выпуклая форма снаружи нормали (напротив центральной оптической оси линзы) образована с углублением. Кривая, выполненная с углублением вследствие выемки, кроме того соединяется с наружной (нижней) выпуклой частью, и на этом участке кривой, выполненной с углублением, образована непрерывная криволинейная поверхность, которая включает в себя прямые линии, параллельные короткой оси линзы и которая также перпендикулярна сечению линзы по длинной оси.
Таким образом, в сечении линзы по длинной оси, касательная линия кривой, выполненной с углублением вследствие выемки, наклонена дальше к оптической оси по сравнению с касательной линией выпуклой кривой без выемки, и вследствие этого свет от центра источника света распространяется на эту криволинейную поверхность, что приводит к увеличению освещенности в направлении А-А без увеличения размера линзы; помимо этого, поскольку непрерывная криволинейная поверхность включает в себя прямые линии, параллельные короткой оси линзы, распределение света на кончике направления А-А в овальной схеме освещенности проходит в направлении С-С за счет этой светораспределительной линзы.
[0038]
Выемки, показанные в сечении линзы по длинной оси, показанном на Фиг. 6b(2) и (3), пояснены следующим образом. В точке на выпуклой кривой, в которой линия, соединяющая центр источника света и эту точку, совпадает с нормалью к этой точке выпуклой кривой, выемка 9 выполнена от этой точки вдоль нормали таким образом, что выпуклая форма снаружи нормали (напротив центральной оптической оси линзы) расширяется. Кривая, имеющая расширение вследствие выемки, кроме того соединяется с нижней выпуклой частью, и на этом участке кривой, имеющей расширение, образована непрерывная криволинейная поверхность, которая включает в себя прямые линии, параллельные короткой оси линзы, и которая также перпендикулярна сечению линзы по длинной оси.
Таким образом, в сечении линзы по длинной оси, наклон касательной линии к кривой, имеющей расширение вследствие выемки, больше, чем наклон касательной линии к выпуклой кривой без выемки, и вследствие этого свет от центра источника света преломляется на этой криволинейной поверхности по направлению к стороне центральной оптической оси, что приводит к уменьшению распределения света в направлении А-А в схеме освещенности, а кривизна полукруглой формы в направлении А-А уменьшается в схеме освещенности. Помимо этого, поскольку свет в направлении А-А сдвинут в направлении С-С, в имеющей форму беговой дорожки схеме освещенности кривизна в направлении А-А уменьшается, а кривизна в направлении С-С увеличивается; в результате с помощью этой светораспределительной линзы получена схема освещенности, близкая к прямоугольнику со скругленными углами. В случае по Фиг. 6b(3), наклон касательной линии к криволинейной поверхности линзы, поднимающейся от кромки линзы со стороны, на которую падает свет, составляет более чем 90° относительно поверхности линзы со стороны, на которую падает свет, (горизонтальной), что приводит к наклону наружу, при этом в случаях согласно Фиг. 6b(1) и (2) наклон касательной линии составляет 90° или меньше, что приводит к наклону к стороне центральной оптической оси (внутрь); соответственно, световые лучи по Фиг. 6b(3), испускаемые от центра источника света горизонтально или под небольшим углом относительно горизонтали, также могут быть преломлены по направлению к стороне центральной оптической оси линзы, так что обычный рассеянный свет может быть эффективно использован.
[0039]
Протяженность выемки, выполненной вдоль дугообразного геометрического места точек в выпуклой части, которая включает в себя сечение линзы по длинной оси, может быть отрегулирована с получением необходимой величины. В предпочтительном варианте реализации, если смотреть сверху, угол между двумя линиями, соединяющими обе кромки выемки и центр источника света) составляет 2-70°, предпочтительно 3-60°, более предпочтительно 5-50°.
При необходимости непрерывная криволинейная поверхность, выполненная снаружи нормали, может не включать в себя прямые линии, параллельные короткой оси. Помимо этого, аналогично со второй непрерывной поверхностью третьего варианта реализации, она может включать в себя выполненное в форме канавки углубление, в котором продольное направление канавки и ее нижний центр совпадает с указанным элементом в сечении по длинной оси.
[0040]
[Пятый вариант реализации изобретения]
Светораспределительная линза в соответствии с пятым вариантом реализации настоящего изобретения представляет собой светораспределительную линзу, в которой,
как показано на Фиг. 7, в форме сечения линзы по длинной оси, форма светоизлучающей стороны имеет прямолинейную часть, параллельную длинной оси, протяженностью менее чем 5% протяженности длинной оси в месте расположения центральной оптической оси линзы и возле этого места, и указанная форма является вогнутой на ее обеих боковых сторонах и является выпуклой далее на боковых сторонах.
А именно, трехмерная форма поверхности линзы включает в себя прямолинейную часть, перпендикулярную центральной оптической оси линзы, в сечениях по длинной оси и короткой оси в месте расположения центральной оптической оси линзы и возле этого места.
[0041]
Светораспределительная линза в соответствии с пятым вариантом реализации настоящего изобретения имеет предпочтительно, как показано на Фиг. 7, часть, которая включает в себя прямые линии, параллельные длинной оси линзы и короткой оси линзы, т.е. плоскую часть; при необходимости линза имеет поверхность 14, в которой плоская часть плавно соединена с частью криволинейной поверхности, которая включает в себя выпуклую кривую на сечении линзы по короткой оси, сформированную совокупностью прямых линий, параллельных длинной оси линзы. На Фигурах 7b(1) и 7b(2) показаны линии 1а и 1с, проходящие на светоизлучающей стороне сечения линзы по короткой оси и сечения линзы по длинной оси, соответственно. На Фигуре 8 показана схема освещенности и характеристики распределения света освещенной поверхности. На Фигуре 8а показано, что получена следующая схема освещенности, т.е. в овальной и однородной схеме освещенности, имеющей ширину в направлении по короткой оси, которая удлинена в направлении по длинной оси, накладывается круглая область с относительно высокой освещенностью возле центральной оптической оси света. Схема освещенности, имеющая круглую область относительно высокой освещенности возле центральной оптической оси света, реализована путем плавно рассеянного имеющего овальную форму распределения света, на который накладывается круглая схема освещенности, при этом круглую схему освещенности получают следующим образом: свет, излучаемый от центра источника света, проникает через маленькую плоскую часть в месте расположения центральной оптической оси линзы и возле этого места светоизлучающей стороны, так что свет излучается радиально в пределах небольшого угла.
[0042]
Если площадь этой плоской части слишком велика, площадь выпуклой части в центре сечения по длинной оси уменьшается, и излучаемый свет не распространяется в направлении по длинной оси; вследствие этого, протяженность прямых линий составляет предпочтительно 5% или меньше относительно протяженности длинной оси. Плоская часть может быть наклонена относительно короткой оси и/или длинной оси.
В данном случае, чтобы избежать схождения света вблизи центральной оптической оси линзы, посредством выполнения углубления, которое включает в себя центральную оптическую ось линзы в плоской части, включающей в себя эту центральную оптическую ось линзы, сильный свет излучения в непосредственной близости центральной оптической оси линзы сходится в направлениях по длинной оси и короткой оси, благодаря чему устраняется распределение света с очень большой интенсивностью свечения в непосредственной близости от центральной оптической оси линзы и при этом сглаживают круглое распределение света, имеющего относительно высокую интенсивность, который накладывается на плавно рассеянное имеющее овальную форму распределение света.
[0043]
[Шестой вариант реализации изобретения]
В светораспределительной линзе в соответствии с шестым вариантом реализации настоящего изобретения, как показано на Фиг. 9, поверхность линзы со светоизлучающей стороны расширяется вверх и наружу от контура базовой плоскости линзы со стороны, на которую падает свет, с образованием трехмерной формы, которая включает в себя выпуклую форму.
А именно, вследствие расширения выпуклой формы в горизонтальных направлениях, выступающая область светораспределительной линзы, если смотреть со светоизлучающей стороны, больше, чем выступающая область линзы, видимая со стороны, на которую падает свет, которая включает в себя длинную и короткую оси линзы.
[0044]
Как показано в вариантах реализации изобретения с первого по пятый, в целом, выпуклая криволинейная поверхность поднимается от контура поверхности линзы, включающей в себя длинную и короткую оси линзы со стороны, на которую падает свет, причем угол между подъемом линзы и плоскостью, включающей в себя короткую и длинную оси линзы, обычно составляет 90° или меньше; однако в светораспределительной линзе, показанной на Фиг. 9, этот угол больше 90°, так что часть указанной трехмерной формы сформирована контуром, имеющим расширение от контура поверхности линзы со стороны, на которую падает свет.
Таким образом, контур проекционной плоскости светораспределительной линзы, видимой со стороны излучения света, когда она имеет максимальное расширение в горизонтальных направлениях, проходит снаружи периферии контура поверхности линзы со стороны, на которую падает свет. Поскольку угол между касательной линией 15 к выпуклой кривой и вблизи поднимающегося участка сечения линзы по длинной оси, включающей в себя центральную оптическую ось линзы, и плоскостью, включающей в себя короткую и длинную оси линзы, превышает 90°, при этом даже световые лучи, испускаемые от центра источника света горизонтально или под небольшим углом относительно горизонтали, также могут быть преломлены по направлению к стороне центральной оптической оси линзы, так что обеспечивается возможность эффективного использования этого света, который обычно не использовался.
[0045]
Точка, в которой угол между касательной линией 15 на выпуклой кривой в плоскости, содержащей световые лучи, излучаемые от центральной оптической оси линзы и центра излучения, и плоскостью, включающей в себя короткую и длинную оси линзы, становится 90° (т.е. точка, в которой вертикальная касательная линия пересекается на криволинейной поверхности, имеющей максимальное расширение в горизонтальных направлениях), может быть представлена в виде геометрического места точек 17 вокруг выпуклой криволинейной поверхности линзы. Высота на выпуклой криволинейной поверхности линзы, в которой этот диагональный угол превышает 90°, может быть представлена высотой геометрического места точек 17 от поверхности линзы со стороны, на которую падает свет, которая может быть выбрана по желанию. В предпочтительном варианте геометрическое место точек 17 задано на выпуклой части линзы, в отношении угла между геометрическим местом точек 17 и центральной оптической осью с центром излучения света в качестве центральной точки, в диапазоне 70°-90°, а предпочтительно 75°-85° в направлении по длинной оси, и в диапазоне 50°-80°, а предпочтительно 60°-75° в направлении по короткой оси. Когда этот угол на выпуклой части задан слишком маленьким, так что геометрическое место точек задано на слишком высоком месте, это влияет на расчетную схему эффективной освещенности указанной трехмерной формы светоизлучающей стороны, и нарушается расчетное распределение света.
В сечениях линзы, включающих в себя центральную оптическую ось, форма выпуклой части светоизлучающей стороны, которая связана с контуром той стороны линзы, на которую падает свет, может быть выпуклой кривой, прямой линией или их комбинацией. Предпочтительна кривая, имеющая различные искривления.
[0046]
[Седьмой вариант реализации изобретения]
В отношении трехмерной формы поверхности линзы со светоизлучающей стороны описаны дополнительные или предпочтительно принятые варианты реализации изобретения. Когда соединение между выпуклой частью и вогнутой частью выполнено прерывистым, этот прерывистый участок обусловливает прерывистое преломление света, приводящее к появлению яркой части и темной части в распределении света, которые могут отражаться на освещаемой поверхности.
В светораспределительной линзе в соответствии с каждым из вышеуказанных вариантов реализации согласно настоящему изобретению, трехмерная форма поверхности линзы со светоизлучающей стороны может иметь прерывистое соединение между прямолинейными частями, выпуклыми частями и вогнутыми частями, однако в предпочтительном варианте реализации поверхность линзы имеет в целом гладкую непрерывную криволинейную поверхность.
Когда поверхность линзы имеет выемку, предпочтительно трехмерная форма поверхности линзы со светоизлучающей стороны представляет собой гладкую непрерывную криволинейную поверхность за исключением указанной выемки.
В сечении линзы по короткой оси, включающем в себя прямую линию, параллельную короткой оси линзы, и в сечении, параллельном ей, выпуклая часть по обеим боковым сторонам прямой линии, параллельной короткой оси линзы, может представлять собой дугу, образованную простой окружностью; однако выпуклая часть предпочтительно содержит выпуклую кривую, имеющую непостоянную кривизну, образованную комбинацией кривых, имеющих различные искривления. В случае дугообразной кривой сложно получить плавно рассеянное распределение света на всей освещаемой поверхности. В выпуклой части, не имеющей прямой линии, параллельной короткой оси линзы, предпочтительна асферическая поверхность. В сечении линзы по короткой оси, включающем в себя центральную оптическую ось линзы прямая линия предпочтительно является самой длинной по сравнению с другими прямыми линиями в других сечениях, и вследствие этого, выпуклые кривые по обеим боковым сторонам могут представлять собой более дугообразную выпуклую кривую по сравнению с кривыми других мест. При необходимости выпуклые кривые, образующие выпуклую форму, могут быть комбинацией прямых линий, вставленных между выпуклыми кривыми и снаружи этих кривых.
[0047]
В светораспределительной линзе согласно настоящему изобретению "контурная поверхность" может быть выполнена на контурном участке на виде линзы сверху.
Контурная поверхность может иметь контуры линзы, так что плоскость, включающая в себя прямую линию, по существу параллельную центральной оптической оси линзы, окружает всю или часть кромки линзы, наподобие стенки.
Например, как показано на Фиг. 1а, Фиг. 3а, Фиг. 3с, Фиг. 5а и Фиг. 5b(3), сечение линзы по короткой оси включает в себя прямую линию, поднимающуюся от оси В-В вблизи участка в контакте с осью В-В. Поверхность, включающая в себя эту прямую линию, образует контурную поверхность наподобие стоячей стенки на кромке линзы. Эта прямая линия может быть параллельна центральной оптической оси линзы, может быть наклонена наружу или внутрь; однако прямая линия предпочтительно параллельна центральной оптической оси или наклонена наружу. Сформированная наподобие стенки контурная поверхность может быть, например, выполнена в части периферии линзы, чтобы прекращать расширение в направлении ее ширины, или выполнена по всей периферии линзы, чтобы окружать всю линзу.
[0048]
Путем определения контура линзы с использованием этой контурной поверхности можно избежать излишнего увеличения плоской области линзы и соответствующим образом отрегулировать форму линзы. Более того, линзы могут быть плотно расположены на схемной плате.
[0049]
Светораспределительная линза согласно настоящему изобретению может быть асимметричной относительно сечения линзы по короткой оси или может быть асимметричной относительно сечения линзы по длинной оси; когда выполнено множество линз, такие асимметричные светораспределительные линзы могут быть использованы, чтобы соответствовать освещаемой поверхности, имеющей углы или уступы. В целом, светораспределительная линза удобна и проста в использовании, причем трехмерная форма поверхности линзы со светоизлучающей стороны является зеркально симметричной относительно сечения линзы по короткой оси и сечения линзы по длинной оси, которые перпендикулярны друг другу и включают в себя центральную оптическую ось линзы.
В случае, когда линза выполнена асимметричной, поскольку асимметрию сложно распознать глазами человека, представляется удобным поместить указатель асимметрии на поверхности, где этот указатель не нарушит распределение света, такой как плоскость, на которую падает свет.
В светораспределительной линзе согласно настоящему изобретению часть или вся поверхность стороны, на которую падает свет, или светоизлучающей стороны может быть подвергнута обработке для предотвращения запотевания. Поверхность может иметь форму Френеля.
[0050]
[Восьмой вариант реализации изобретения]
Восьмой вариант реализации изобретения относится к форме линзы с той стороны светораспределительной линзы, на которую падает свет. Форма линзы с той стороны светораспределительной линзы, на которую падает свет, согласно настоящему изобретению не имеет конкретного ограничения при условии, что нужное распределение света не ухудшается, и она может быть плоской поверхностью, вогнутой поверхностью или выпуклой поверхностью, и она может иметь небольшие узорчатые неровности.
Предпочтительный восьмой вариант реализации формы линзы со стороны, на которую падает свет, показан на Фиг. 12. Как показано на перспективном изображении, выполненном под углом, по Фиг. 12, сформировано куполообразное выпускное углубление 19, через которое проходит центральная оптическая ось линзы и которое служит в качестве выпускного углубления для размещения части светоизлучающего элемента, уплотнительного элемента для светоизлучающего элемента и основной платы, на которой они размещены. Причиной использования формы купола является обеспечение возможности размещения источника света, образованного из полусферического уплотнительного тела в качестве уплотнительной части светоизлучающего элемента. Помимо этого, посредством использования полусферического куполообразного элемента, на свет, излучаемый от центра источника света, не влияет оптическое преломление, и вследствие этого уменьшается влияние указанной трехмерной формы светоизлучающей поверхности на конструкцию. Кроме того, при подаче адгезива под давлением в выпускное углубление воздух может быть захвачен вместе с адгезивом; в таких случаях, когда светоизлучающий элемент вдавливают в выпускное углубление, заполненное адгезивом, лучше обеспечивается возможность выпуска захваченного воздуха вместе с осуществляющим перелив избыточным адгезивом, и эта форма купола увеличивает такую возможность. Форма выпускного углубления не ограничена формой купола и может различаться по мере необходимости, чтобы соответствовать форме светодиодной сборки и светодиодного источника света.
[0051]
Это выпускное углубление предпочтительно имеет размер, достаточный для размещения объема формы для изготовления, когда светоизлучающий элемент уплотняют посредством полусферической пресс-формы. Размер куполообразного выпускного углубления относительно полусферического уплотнительного тела предпочтительно на 10%-15% больше по высоте, чем полусферическое уплотнительное тело.
Также, когда светоизлучающий элемент вдавливают в выпускное углубление, заполненное адгезивом или заполнителем, происходит перелив избыточного адгезива; соответственно, предпочтительно выполнить выпускное углубление 20 для жидкости, чтобы собирать осуществляющий перелив адгезив или заполнитель. Благодаря выполнению выпускного углубления 20 для жидкости, адгезив или заполнитель, осуществляющий перелив из выпускного углубления, не будет влиять на оптические свойства линзы и последующие рабочие операции. Глубина выпускного углубления для жидкости установлена немного меньше, чем глубина выпускного углубления с тем, чтобы не влиять на оптические свойства, и выпускные углубления для жидкости достаточно большой площади предпочтительно выполнены в четырех направлениях для обеспечения достаточного объема.
[0052]
Помимо этого, когда светодиодную сборку вдавливают в выпускное углубление, заполненное адгезивом или заполнителем, для предотвращения входа светодиодной сборки в выпускное углубление или выпускное углубление для жидкости, больше чем необходимо, предпочтительно используют вставочный стопор 21 для остановки светодиодной сборки на заданном заглублении относительно линзы, причем вставочный стопор размещен на площадке наподобие стойки, выполненной в месте, которое немного меньше, чем нижняя часть выпускного углубления для жидкости.
Поскольку основание (плата) или корпус светодиодной сборки закреплено, когда оно ударяется о вставочный стопор 21, источник света может удерживаться на постоянной высоте относительно линзы. Форма вставочного стопора 21 не ограничивается при условии, что он имеет механизм для остановки светоизлучающих диодов, осуществляемой стабильно и с хорошей воспроизводимостью. Он может быть иметь форму штырька или может быть выполнен в трапециевидной форме на поверхности нижней части выпускного углубления для жидкости.
[0053]
Форма контура выпускного углубления для жидкости, видимая со стороны, на которую падает свет, может быть любой, например, многоугольной, в форме звезды с размещенными радиально выпуклыми участками или форме с выполненными скругленными углами. В качестве другого признака формы контура выпускного углубления для жидкости, предпочтительно иметь функцию предотвращения бокового смещения, с помощью которой устраняется боковое смещение источника света, такого как светодиодная сборка, внутри линзы и источник света фиксируется в заданном положении. Например, если основание или корпус светодиодной сборки выполнен квадратным, если смотреть с направления оптической оси, когда участок основания или корпуса светодиодной сборки вставляют в выпускное углубление для жидкости, предпочтительно, если выпускное углубление для жидкости имеет форму, с которой осуществлена вставка основания или корпуса с нахождением в контакте с контуром выпускного углубления для жидкости, и в то же время четыре стороны или угла основания или корпуса светодиодной сборки могут быть закреплены посредством стенок, которые образуют указанный контур выпускного углубления для жидкости (предотвращающих боковое смещение стенок 21а и 21b).
[0054]
[Девятый вариант реализации изобретения]
Девятый вариант реализации изобретения относится к светоизлучающему устройству, которое представляет собой комбинацию светораспределительной линзы и источника света, как показано на Фиг. 14. Он относится к светоизлучающему устройству 24а, в котором светодиодная сборка, выполненная за одно целое посредством комбинирования светораспределительной линзы в соответствии с каждым из упомянутых выше вариантов реализации изобретения, расположена на схемной плате 25, и к светоизлучающему устройству 24b, в котором светораспределительная линза закреплена на источнике света и выполнена с ним за одно целое с формированием светодиодной сборки непосредственно на схемной плате посредством размещения светоизлучающего элемента (чипа) на схеме и посредством уплотнения ее периферии.
Светодиодная сборка в качестве источника света является одним из следующего: одна самостоятельная сборка, в которой светоизлучающий элемент (чип) размещен на корпусе, и после соединения этого элемента с электродом корпус уплотнен прозрачной смолой, при этом выводы электродов выполнены открытыми наружу корпуса; или одна самостоятельная сборка, которая представляет собой так называемую светодиодную сборку, выполненную с монтажом микросхем на печатной плате (СОВ), в которой электродная схема выполнена на похожем на пластину основании (плате), например керамическом, на электродной схеме размещен светоизлучающий элемент (чип), электрод и светоизлучающий элемент соединяют, и выполняют полусферическое уплотнительное тело посредством заливки прозрачной смолой или стеклом на светоизлучающей элементе, включающем в себя этот соединительный провод; в качестве еще одного источника света, светоизлучающий элемент (чип) размещают на схемной плате со схемой тонкой металлической пленки, (печатной схемной плате), чип соединяют с указанной схемой, и периферию светоизлучающего элемента уплотняют прозрачной смолой, благодаря чему обеспечивается выполнение источника света непосредственно на схемной плате; указанное представляет собой так называемую схемную плату, выполненную с монтажом микросхем на печатной плате, (СОВ).
[0055]
На Фигурах 13а и 13b показаны сечения по длинной оси и короткой оси светодиодной сборки с линзой, соответственно, причем светодиодная сборка размещена в выпускном углублении той стороны светораспределительной линзы, на которую падает свет, и промежуток между полусферическим уплотнительным телом светодиодной сборки и выпускным углублением для жидкости скрепляется с помощью связующего и фиксируется с помощью прозрачного адгезива.
На Фигуре 14а показано сечение светоизлучающего устройства 24а, в котором светодиодная сборка с линзой размещена на схемной плате и закреплена в схемной плате посредством пайки с оплавлением припоя.
В светоизлучающей устройстве, показанном на Фиг 14а, в предпочтительном варианте реализации промежуток С27 образован между поверхностью линзы со стороны, на которую падает свет, и схемной платой, на которой светодиодная сборка размещена. Благодаря этому промежутку, например, становится возможным не допустить позиционного смещения линзы вследствие различия в толщине пайки, образовавшегося во время пайки с оплавлением припоя, а также предотвратить контакт между линзой и платой, вызванный неровностями вокруг линзы на схемной плате, так чтобы обеспечить гибкость при выравнивании оптической оси линзы по направлению. На Фигуре 14b показано сечение светоизлучающего устройства 24b, в котором выполненная полусферически и уплотненная часть источника излучения света, выполненного с монтажом микросхем на печатной плате, сначала выполнена на месте самой схемы на печатной схемной плате, в которой должен быть выполнен источник света, затем светораспределительная линза прикрепляется с помощью связующего к уплотнительной части. На одной схемной плате может быть выполнено множество частей источника излучения света.
[0056]
[Десятый вариант реализации изобретения]
Десятый вариант реализации изобретения относится к светоизлучающему устройству, которое собирается без использования адгезива, как показано на Фиг. 15. При выполнении светораспределительной линзы за одно целое со светоизлучающий диодом с использованием адгезива, хотя обеспечивается преимущество, заключающееся в ослаблении уменьшения эффективности светоизвлеченения вследствие различия показателя преломления, поскольку устраняется слой воздуха между светодиодной сборкой и выпускным углублением, происходит усложнение процесса, при этом также возникает недостаток, связанный с непреднамеренным загрязнением, легко возникающим за счет неотвержденного адгезива. Возможность закрепления большого количества светораспределительных линз без прикрепления с помощью связующего является большим преимуществом.
[0057]
На Фигуре 15а показано светоизлучающее устройство 30а, в котором светодиодная сборка с линзой, в которой линза встроена в светодиодную сборку посредством установочного механизма, прикреплена с помощью связующего и зафиксирована на схемной плате пайкой с оплавлением припоя.
Как показано на Фиг. 15а, клиновидное углубление 35 для приема установочных средств выполнено на стороне основания, таком как керамическое основание (плата), светодиодной сборки, и в линзе выполнен фиксирующий выступ 32, предназначенный для крепления к основанию светоизлучающего диода и выступающий на боковой стороне основания светоизлучающего диода, при этом фиксирующий выступ 32 размещается в углублении 35 для приема установочных средств на стороне основания путем деформации линзы и закрепляется на ней. Благодаря этим установочным механизмам места расположений источника света и линз могут быть определены с хорошей точностью в отношении размеров.
На Фигуре 15b показано светоизлучающее устройство 30b, в котором линза расположена и закреплена на схемной плате, оснащенной светодиодным источником света, выполненным с монтажом микросхем на печатной плате (СОВ), с помощью одного нажатия установочного механизма.
Как показано на Фиг. 15b, линза выполнена с лапкой 31, которая размещается в отверстии 34, просверленном в схемной плате 25, а также выполнена с фиксирующим выступом 32 на кончике лапки 31 для установки и выравнивающей частью 33 на основании лапки для выравнивания высоты линзы относительно схемной платы. Фиксирующий выступ 32 выполнен таким образом, что после его размещения в отверстии схемной платы, он никогда не выскакивает. Выравнивающая часть 33 имеет назначение, аналогичное назначению вставочного стопора 21 светодиодных сборок, и предотвращает слишком глубокий проход лапки в отверстие. В предпочтительном варианте реализации изобретения лапки выполнены как минимум в двух местах. Также, лапка может быть частью корпуса линзы, или лапка может быть сформирована из отличного материала и затем выполнена за одно целое с корпусом линзы. Помимо этого, выравнивающая часть 33 может быть выполнена в форме кольца на стороне, на которую падает свет, линзы. Кроме того, даже при использовании этого установочного механизма, промежуток между источником света и выпускным углублением линзы может быть заполнен адгезивом по мере необходимости.
На Фигуре 16 показано светоизлучающее устройство, в котором линза, в которой кольцеобразное уплотнительное тело с выступом выполнено на поверхности, на которую падает свет, размещено в схемной плате.
Как показано на Фиг. 16, на поверхности линзы, на которую падает свет, имеющее форму кольца уплотнительное тело с выступом выполнено так, чтобы окружать выпускное углубление, и это уплотнительное тело представляет собой резиновый эластик, имеет высоту, которая нарушается при установке лапки 31 в схемной плате, и посредством установочного действия плотно обжимает с обеспечением непроницаемости для жидкости между линзой и схемной платой. Благодаря этому обстоятельству, промежуток между светоизлучающий диодом и линзой, поверхности соединения светоизлучающего диода пайкой с оплавлением припоя и открытая рабочая схема блокируются с предотвращением воздействия внешней атмосферы, так что когда светоизлучающее устройство используется в качестве устройства, открытого воздействию наружного воздуха, такого как уличные и тоннельные светильники и внешние знаки, обеспечивается возможность предотвращения образования конденсата и прилипания пыли, и указанное устройство может способствовать предотвращению нарушений при распределении света вследствие образования конденсата и предотвращению коррозии рабочих схем вблизи светоизлучающего диода. Уплотнительное тело с выступом может быть сформовано за одно целое из того же самого материала, что и материал линзы, или оно может быть выполнено из иного материала отличающейся твердости; указанный материал может быть любым материалом определенной постоянной эластичности, позволяющем оказывать сопротивление при долговременном использовании и имеющем умеренную силу отталкивания, которая не повреждает лапку 31 и фиксирующий выступ 32. В предпочтительном варианте реализации также может быть использована гелеподобная резина, имеющая твердость по Шору 80 или меньше по шкале А. В более предпочтительном варианте реализации используют резину, имеющую твердость по Шору от 10 до 80 по шкале А. Его плоская форма может быть эллиптической, многоугольной и т.п., что позволяет окружить светоизлучающий диод, открытую рабочую схему возле нее и контакты, полученные пайкой с оплавлением припоя, в соответствии с формой линзы со стороны, на которую падает свет. Форма с выступом в сечении уплотнительного тела может быть формой наподобие заостренной горы, полукругом, трапецией или прямоугольником, а высота может превышать высоту выравнивающей части 33. Кроме того, посредством использования силы отталкивания уплотнительного тела с выступом также возможно получение необходимого промежутка С без выравнивающей части 33.
[0058]
[Одиннадцатый вариант реализации изобретения]
Одиннадцатый вариант реализации изобретения относится к способу изготовления светораспределительной линзы в соответствии с каждым вариантом и светоизлучающему устройству, использующему светораспределительную линзу. Способ изготовления светораспределительной линзы посредством литья металла под давлением. В качестве способа литья металла под давлением без какого-либо конкретного ограничения могут быть использованы различные способы, включающие в себя литье под давлением, прессование, опрессовка в пресс-форме и т.п. В предпочтительном варианте реализации изобретения, форма для изготовления, вырезанная в трехмерной форме со стороны излучения света, используется в качестве нижней формы для изготовления, а форма для изготовления, вырезанная с формой стороны, на которую падает свет, используется в качестве верхней формы для изготовления, и материалом линзы заполняют нижнюю форму для изготовления светоизлучающей стороны, с последующим сжиманием верхней и нижней форм для изготовления при нагреве для формования. От нескольких десятков до нескольких сотен штампов для линз вырезано на одной поверхности этой формы для изготовления, чтобы обеспечить эффективное производство линзы.
Если линза имеет форму, которая не отделена от формы для изготовления, например выемку на светоизлучающей стороне и выпускное углубление для жидкости и установочный механизм на стороне, на которую падает свет, линза может быть сформована с использованием верхней и нижней форм для изготовления, дополнительно разделенных на множество частей. Помимо этого, ориентируясь на твердость материала линзы и посредством выбора немного гибкого резинового материала, можно принудительно вынимать линзу из формы для изготовления с использованием деформации указанного материала.
[0059]
Способ изготовления светоизлучающего устройства, которое содержит плату или схемную плату, на которой размещены светораспределительная линза в соответствии с вышеуказанными вариантами реализации изобретения и светоизлучающий элемент, представляет собой способ изготовления светоизлучающего устройства, включающий любой из следующих этапов (1), (2) и (3):
(1) этап подготовки светодиодной сборки, в которой полупроводниковый светоизлучающий элемент (чип), электрически соединенный с выводами электродов уплотняют прозрачным материалом, этап подготовки светораспределительной линзы, имеющей выпускное углубление и выпускное углубление для жидкости на поверхности линзы со стороны, на которую падает свет, этап заполнения выпускного углубления адгезивом, этап прикрепления с помощью связующего наполненной адгезивом части к уплотнительной части светодиодной сборки посредством их прижатия друг к другу, когда центр излучения света соответствует центральной оптической оси линзы, этап отверждения адгезива и этап размещения и закрепления светодиодной сборки на схемной плате. Иными словами, (1) представляет собой способ изготовления светоизлучающего устройства с использованием отдельной самостоятельной светодиодной сборки.
Светораспределительная линза согласно настоящему изобретению выполняется за одно целое с одной отдельной светодиодной сборкой посредством скрепления с помощью связующего, и эту светодиодную сборку размещают на схемной плате и крепят. Способ крепления светоизлучающего диода, выполненного за одно целое с линзой на схемной плате, реализуется посредством пайки с оплавлением припоя. Также существует еще один способ, согласно которому светоизлучающий диод сначала крепят к схемной плате пайкой с оплавлением припоя, затем к светодиодной сборке на схемной плате прикрепляют линзу с помощью связующего.
[0060]
На Фиг. 13 также схематически показан следующий этап: в сечениях линзы по длинной оси и короткой оси, этап скрепления с помощью связующего наполненного адгезивом выпускного углубления линзы и уплотнительной части светодиодной сборки путем сжимания их таким образом, что центр излучения и центральная оптическая ось линзы совпадают. Светодиодная сборка является такой, в которой светоизлучающий элемент уплотнен полусферически на прямоугольном основании (плате), и линза имеет форму стороны, на которую падает свет, показанной на Фиг. 12. А именно, выпускное углубление больше, чем полусферическое уплотнительное тело светодиодной сборки. Также, для предотвращения излишнего вдавливания светодиодной сборки в линзу выполнен вставочный стопор 21, который контролирует глубину вставки при соударении основания со стопором. Вследствие этого, как показано на Фиг. 13, формируется промежуток 23, в котором находится адгезив 23. Этот промежуток устраняет проблемы, возникающие в оптической оси вследствие контакта между уплотнительным телом и выпускным углублением.
[0061]
Кроме того, стенка каждой из четырех сторон (направление А-А и направление В-В) выпускного углубления для жидкости находится в простом в контакте с каждой из четырех сторон корпуса или основания светодиодной сборки, так что этот механизм может предотвратить боковое смещение светоизлучающего диода и обеспечивает соответствие центральной оптической оси линзы центру излучения. Хотя глубина, на которую светодиодную сборку вдавливают в линзу, регулируется должным образом посредством вставочного стопора, в предпочтительном варианте реализации, когда линза и схемная плата выполнены за одно целое в качестве светоизлучающего устройства посредством пайки с оплавлением припоя и т.п., снаружи поверхности линзы, на которую падает свет, образован участок, проходящий в направлении толщины основной платы или корпуса светодиодной сборки настолько, что между схемной платой и поверхностью стороны линзы, на которую падает свет, образован промежуток С, как показано на Фиг. 14а. За счет использования такого промежутка можно уменьшить влияние изменений в количестве пайки с оплавлением припоя. Ширина промежутка С составляет предпочтительно от 0,25 мм до 0,7 мм.
[0062]
(2) Этап размещения полупроводникового светоизлучающего элемента (чипа) на схеме схемной платы, электрического соединения светоизлучающего элемента (чипа) с указанной схемой, для получения схемной платы, имеющей светодиодный источник излучения света, выполненный с монтажом микросхем на печатной плате, этап подготовки светораспределительной линзы, имеющей выпускное углубление и выпускное углубление для жидкости на поверхности линзы со стороны, на которую падает свет, этап заполнения выпускного углубления адгезивом, этап прикрепления с помощью связующего наполненной адгезивом части к светодиодному источнику излучения света посредством их прижатия друг к другу таким образом, что центр излучения полупроводникового светоизлучающего элемента соответствует центральной оптической оси линзы, и этап отверждения адгезива.
В частности, (2) представляет собой способ изготовления светоизлучающего устройства посредством размещения линзы возле источника света так называемого светоизлучающего диода, выполненного с монтажом микросхем на печатной плате (СОВ), при котором светоизлучающий диод выполнен непосредственно на схемной плате. В данном случае, хотя самостоятельная светодиодная сборка также включает в себя светоизлучающий диод, выполненный с монтажом микросхем на печатной плате (СОВ), выполненный с монтажом микросхем на печатной плате светодиодный источник света светоизлучающего устройства согласно (2) относится к источнику света, который изготовлен и окончательно выполнен непосредственно на одной схемной плате, имеющей площадь, превышающую площадь линзы.
[0063]
Способ выполнения на схемной плате источника света, выполненного с монтажом микросхем на печатной плате (СОВ), включает в себя этап размещения полупроводникового светоизлучающего элемента (чипа) в заданном месте схемы схемной платы и электрического соединения обоих электродов чипа с указанной схемой посредством проводного соединения и т.п. Участки чипа, проводного соединения и их периферия в необходимых местах уплотнены относительно друг друга прозрачной смолой, чтобы выполнить светодиодный источник излучения света непосредственно на схемной плате. Обычно уплотнительная часть становится выпуклой вследствие расширения уплотнительной жидкости. В зависимости от случая использования, цилиндрический корпус, имеющий внутри коническую форму, прикрепляют с помощью связующего к схемной плате, так что чип размещен внутри корпуса, затем производят уплотнение внутренней части цилиндра для получения источника света, выполненного с монтажом микросхем на печатной плате (СОВ). Также, адгезив, которым заполнено выпускное углубление, может служить в качестве уплотнительной жидкости полупроводникового светоизлучающего элемента (чипа). Затем идет этап заполнения адгезивом выпускного углубления, выполненного на поверхности линзы, на которую падает свет, который включает в себя этап прижатия линзы к уплотнительному телу, расположенному на полупроводниковом светоизлучающем элементе на схемной плате, и после этого следует этап отверждения адгезива. На Фигуре 14b показано сечение линзы по длинной оси светоизлучающего устройства, в котором светодиодный источник излучения света, выполненный с монтажом микросхем на печатной плате (СОВ), изготовлен непосредственно на схемной плате. Процесс скрепления с помощью связующего не имеет конкретного ограничения; линза может быть затем прикреплена с помощью связующего к источнику света, или линза может быть размещена в заданном положении с использованием вспомогательной платы и т.п., адгезивом заполняют выпускное углубление, после этого на нем может быть размещена схемная плата. С другой стороны, также возможно изготовление светоизлучающего устройства, поместив поверх схемной платы вспомогательный инструмент, на котором заполненная адгезивом линза размещена в заданном положении.
Этап отверждения адгезива может быть реализован посредством ультрафиолетового отверждения или закрепления под действием тепла.
[0064]
(3) Этап подготовки светораспределительной линзы, имеющей установочный механизм,
этап подготовки светодиодной сборки, или схемной платы, на которой размещают полупроводниковый светоизлучающий элемент (чип) и соединяют электрически этот элемент (чип), оснащенный механизмом для приема установочных средств, который взаимодействует с установочным механизмом, выполненным на линзе, и
этап встраивания линзы и светодиодной сборки или схемной платы, на которой размещен полупроводниковый светоизлучающий элемент (чип) и соединен электрически, посредством установочного механизма без использования адгезива.
Иными словами, (3) представляет собой способ изготовления светоизлучающего устройства, выполненного заодно посредством использования установочного механизма, размещенного на стороне линзы и стороне светоизлучающего диода или стороне платы, без использования адгезива;
при этом установочный механизм со стороны линзы может быть обеспечен посредством выбора установочного механизма для светодиодной сборки или схемной платы, в зависимости от формы источника света.
[0065]
В отношении светоизлучающего устройства, в котором линза и светодиодная сборка выполнены за одно целое посредством установочного механизма, на Фиг. 15а показано светоизлучающее устройство перед установкой в сечении по длинной оси и после этой установки. В установочном механизме со стороны линзы выполнены выпуклые фиксирующие выступы на стенке углубления линзы со стороны, на которую падает свет, или в месте, выступающем от поверхности стороны, на которую падает свет, причем фиксирующие выступы обращены к боковым сторонам основной платы или боковым сторонам корпуса светодиодной сборки. Форма фиксирующего выступа может быть любой при условии, что она обеспечивает функцию установки и может быть либо клиновидной, либо круглой. С другой стороны, на боковой стороне основной платы или корпуса светодиодной сборки выполнена канавка, в которой размещается выпуклый фиксирующий выступ со стороны линзы и которая служит в качестве механизма для приема установочных средств. Благодаря взаимодействующим друг с другом фиксирующему выступу и канавке, когда линзу прижимают к светодиодной сборке, они осуществляют размещение и оказываются собраны в одно целое посредством отклонения линзы и основания светодиодной сборки. При выполнении основной платы светодиодной сборки из керамики их размещение реализуется за счет эластичной деформации линзы, которой осуществляется захват светодиодной сборки.
[0066]
Установочный механизм и механизм для приема установочных средств, выполненные в линзе и светодиодной сборке, могут быть подвергнуты замене. Кроме того, вместо сторон светодиодной сборки могут быть использованы углы. На Фиг. 15а показаны фиксирующий выступ и канавка для установки с фиксирующим выступом; однако, вставочный стопор 21 сборки и удерживающий фиксирующий выступ, выполненный на стороне линзы, могут быть использованы для захвата основной платы с верхней и нижней сторон. Также возможно выполнение основной платы в трапециевидной форме и создание кромки посредством формирования диагональной поверхности на этой стороне; или линза может быть установлена на предотвращающие боковое смещение стенки 21а, 21b линзы выпускного углубления для жидкости путем создания неровностей на боковой стенке основания и обеспечения их застревания на этой стенке, используя эластичность линзы.
Затем светодиодную сборку, выполненную заодно с линзой, размещают в заданной схеме схемной платы, и используют в качестве светоизлучающего устройства после закрепления пайкой с оплавлением припоя и т.п., или светодиодную сборку сначала размещают на заданной схеме схемной платы и закрепляют пайкой с оплавлением припоя, и т.п., и устанавливают на ней линзу, которую используют в качестве светоизлучающего устройства.
[0067]
В отношении светоизлучающего устройства, в котором линза и схемная плата, на которой полупроводниковый светоизлучающий элемент (чип) размещен и соединен, выполнены заодно целое посредством установочного механизма, на Фиг. 15b показано светоизлучающее устройство с установкой в сечении по длинной оси и после этой установки.
Установочный механизм со стороны линзы имеет лапку 31 в месте поверхности той стороны линзы, на которую падает свет, возле контура линзы со стороны, на которую падает свет, или поверхности светоизлучающей стороны линзы возле контура линзы, причем лапка 31 предназначена для размещения в отверстии 34, просверленном в схемной плате 25; и на кончике лапки 31 выполнен фиксирующий выступ, и выравнивающая часть 33 высоты линзы относительно схемной платы выполнена на участке основания лапки. Фиксирующий выступ 32 имеет функцию, обеспечивающую неразделение после его вставки в отверстие схемной платы, и выравнивающая часть 33 может поддерживать указанный промежуток между светодиодной сборкой и выпускным углублением с тем, чтобы предотвращать чрезмерную вставку лапки в отверстие или предотвращать смещение линзы, а вследствие этого может быть достигнут такой же результат, что и в отношении вставочного стопора 21 светодиодной сборки. В предпочтительном варианте реализации лапки выполнены как минимум в двух местах. Кроме того, лапка может быть частью корпуса линзы или лапка может быть сформирована с использованием другого материала и затем выполнена заодно с корпусом линзы. Помимо этого, выравнивающая часть может быть выполнена в форме кольца на той стороне линзы, на которую падает свет. Как можно увидеть из чертежа, показывающего поверхность линзы, если смотреть со стороны, на которую падает свет, имеющей установочный механизм, на Фиг. 15b, сначала на той поверхности линзы, на которую падает свет, формируют выступ 36, так что имеющая форму кольца выравнивающая часть фиксируется в заданном положении, и в имеющей форму кольца выравнивающей части 33 выполняют отверстие, соответствующее этому выступу, и одновременно с этим посредством цельного формования формируют лапку с фиксирующим выступом 31. Посредством установки отверстия выравнивающей части с помощью фиксирующего выступа 36, на той стороне линзы, на которую падает свет, может быть выполнен имеющий форму кольца установочный механизм, в дополнение к используемому при необходимости скреплению с помощью связующего с использованием адгезива.
[0068]
В противоположность этому в схемной плате, в которой полупроводниковый светоизлучающий элемент (чип) размещен в заданном положении для схемы и соединен с помощью провода, при этом полупроводниковый светоизлучающий элемент (чип), включающий в себя часть указанного проводного соединения, уплотнен, выполнено отверстие, в котором размещают лапку, выполненную на линзе.
Затем, когда линзу прижимают к схемной плате, лапка, на которой выполнен зацеп, размещается в отверстии, так что линза оказывается установлена на схемной плате одним касанием. Установочный механизм и механизм для приема установочных средств, которые размещены друг относительно друга, могут быть подвергнуты замене.
Лапка, размещенная в отверстии, может быть выполнена с линзой с использованием одного и того же материала. В местах приложения большой механической вибрации или физической внешней силы предпочтителен материал, имеющий эластичность резины с восстанавливающей силой даже при большой деформации.
[0069]
Количество этих лапок составляет по меньшей мере два, а более предпочтительно три или более. На линзе независимо могут быть размещены множество лапок, а также можно наложить кольцеобразный цилиндр вокруг контура линзы, а на цилиндре может быть выполнена установочная часть, такая как фиксирующий выступ. Этот способ выполнения лапки на линзе также эффективен при установке линзы на схемной плате, на которой светодиодная сборка крепится пайкой с оплавлением припоя. Более того, также эффективным является крепление линзы к светодиодной сборке заранее с креплением к схемной плате пайкой с оплавлением припоя. В частности, в случае линзы, имеющей достаточно большую площадь, смещение линзы может быть предотвращено лапками, так что этот способ также эффективен при креплении пайкой с оплавлением припоя.
[0070]
В отношении способа (3) изготовления светоизлучающего устройства с использованием установочного механизма следует отметить, что при использовании нескольких сотен или тысяч линз или десятков тысяч линз, этап прикрепления линз с помощью связующего к светоизлучающим диодам с использованием адгезива является очень сложным, и при этом также необходимо обращать внимание на правильную работу с адгезивом
В способе изготовления светоизлучающего устройства согласно настоящему изобретению с использованием монтажного механизма, посредством указанного монтажного механизма, выполненного на схемной плате (СОВ), на которой сформирован светодиодный источник света, и на стороне линзы, или монтажного механизма, выполненного на светоизлучающем диоде и стороне линзы, линза и источник света могут быть закреплены в точном положении одним касанием. Помимо этого, в способе крепления уплотнительной части для уплотнения полупроводникового светоизлучающего элемента и линзы с использованием адгезива, вследствие различия энергии на стыковочной поверхности, используемой при скреплении с помощью связующего, и вследствие повторения повышения и понижения нагрева в течение длительного периода времени, линза может быть отделена от светоизлучающего диода вследствие внутреннего напряжения и постепенного ухудшения параметров; благодаря указанному монтажному механизму светоизлучающие устройства могут быть использованы стабильным образом даже в условиях изменения окружающей среды.
[0071]
(Материал линзы)
Материал, используемый в линзе согласно настоящему изобретению, не имеет конкретного ограничения при условии, что он является прозрачным и пластичным. Например, предпочтительными являются легкоплавкое стекло, циклоолефин, циклоолефиновый сополимер, поликарбонат, полистирол, фторосодержащий материал, акриловый материал, эпоксиматериал и силикон, и в особенно предпочтительном варианте этот материал выбран из фторосодержащего материала, акрилового материала, циклоолефина, циклоолефинового сополимера, силикона, эпоксиматериала и смолы (resin) или резины (rubber), на их основе. В частности, предпочительной является смола или резина на основе акрила, циклоолефина, циклоолефинового сополимера, эпокси и силикона, а особенно предпочительной является смола на основе силикона или резина на основе силикона. Использование силикона является предпочтительным, потому что он обладает термостойкостью и устойчивостью к воздействию холода, не разрушается, не желтеет после длительного использования и его первоначальные свойства могут быть сохранены в течение длительного периода времени. В случае использования силикона предпочтительным является жидкий силикон, и предпочтительно используется тип с полимеризующими добавками.
[0072]
Композиция на основе силиконовой смолы с отвердительными добавками не имеет конкретного ограничения при условии, что она образует прозрачный материал и отверждаемый силиконовый материал. Конкретные примеры включают в себя композицию, содержащую полисилоксан с органическими группами (organopolysiloxane) в качестве основного полимера, органоводородополисилоксан (organohydrogenpolysiloxane) и катализатор на основе тяжелого металла, такой как катализатор на основе платины.
[0073]
Конкретные примеры полисилоксана с органическими группами включают в себя, например, вещества, представленные следующей общей формулой (1):
(где
каждый R может быть одинаковым или различным и является незамещенной или замещенной одновалентной углеводородной группой с числом атомов углерода от 1 до 10, и
"а" является положительным числом от 0,8 до 2).
[0074]
Конкретные примеры R, который представляет собой незамещенную или замещенную одновалентную углеводородную группу, включают в себя алкильные группы, такие как метальная группа, этильная группа, пропильная группа, бутильная группа; алкенильные группы, такие как винильная группа, аллильная группа, бутенильная группа; арильные группы, такие как фенильная группа, толильная группа; аралкильные группы, такие как бензильная группа; галогензамещенные углеводородные группы, такие как хлорметильная группа, хлорпропильная группа, 3,3,3-трифторпропильная группа, в которых часть атомов или все атомы водорода, связанных или связанные с этими атомами углерода, замещены на атом галогена; или углеводородные группы, замещенные цианогруппой, такие как 2-цианоэтильная группа, замещенная цианогруппой и т.п. Из них особенно предпочтительны, с точки зрения отличной термостойкости и прозрачности оптических линз, группы, в которых 5-80 мольн. % от всего R является фенильной группой.
[0075]
Кроме того, предпочтительны группы, которые содержат алкенильные группы, такие как винильная группа, в качестве R, в частности группы, в которых 1-20 мольн. % от всего R является алкенильной группой, а особенно предпочтительно использование групп, которые содержат две или более алкенильных групп в одной молекуле. Примеры такого полисилоксана с органическими группами включают в себя диорганополисилоксан, содержащий концевую алкенильную группу, такой как диметилполисилоксан и сополимер диметилсилоксан-метилфенилсилоксан, имеющий концевую алкенильную группу, такую как винильная группа, и в частности, предпочтительно использование таких групп, которые являются жидкими при комнатной температуре.
[0076]
Конкретные примеры органоводородполисилоксана (organohydrogen polysiloxane) включают в себя, например, метилводородполисилоксан, метилфенилводородполисилоксан и т.п. Примеры катализатора включают в себя платину, соединения платины, металлоорганические соединения, такие как диацетат дибутилолова и дилаурат дибутилолова, или соли, образованные металлами и жирными кислотами, такие как октеноат олова и т.п. Тип и количество таких органоводородполисилоксана и катализатора выбирают соответствующим образом с учетом необходимой степени сшивки и скорости отверждения.
[0077]
Примеры композиции на основе силиконовой смолы включают в себя "KJR632" и "KE-1935" и т.п. производства компании Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
Твердость силиконовой смолы после отверждения может быть выбрана подходящим образом. Светораспределительная линза, выполненная из резины, устойчива к деформации, вызываемой внешней силой и тепловым расширением, а также устойчива к механическому воздействию. С другой стороны, поскольку она имеет мягкую поверхность, имеется тенденция прилипания пыли. Светораспределительная линза, сформованная из жесткой смолы, после отверждения имеет устойчивую к царапинам поверхность, к которой пыль почти не прилипает. С другой стороны, установка линзы и светоизлучающего диода не является простой, поскольку степень деформации является небольшой, что является нежелательным. В связи с этим, твердость светораспределительной линзы согласно настоящему изобретению составляет, в отношении твердости по Шору по шкале D, измеренной способом JIS K 7215 (способом испытания дурометром твердости для пластмассы), и твердости по Шору по шкале А, измеренной способом JIS K 6253 (способом испытания дурометром твердости для резины), А30-А90 и D10-80, предпочтительно А50-90 и D10-70, а более предпочтительно А60-90 и D10-50.
Осветительное оборудование для дорожных светильников, уличных или тоннельных светильников или светильников железнодорожных платформ предпочтительно может быть выполнено с фторовым покрытием, при этом их яркость уменьшается вследствие прилипания грязи выхлопных газов и пыли от поездов и пыли в помещениях.
[0078]
Чтобы обеспечить функцию фильтра для линзы, в неотвержденной силиконовой композиции может быть диспергирован цветной краситель или пигмент. Также, в пределах, которые не ухудшают технические результаты согласно настоящему изобретению, силиконовая композиция может содержать фосфор для изменения цвета излучения путем преобразования по мере необходимости длины волны света, излучаемого от элемента светоизлучающего диода, а также светорассеивающее вещество для рассеивания света. Кроме того, слой фосфора, слой цветного фильтра и светорассеивающий слой могут быть выполнены внутри или на поверхности силиконовой линзы.
Помимо этого, когда силиконовая линза представляет собой линзу, в которой выполнен буферный слой, такой как силиконовый гель или силиконовый эластомер, на поверхности скрепления с помощью связующего, силиконовая линза является предпочтительной, поскольку она обеспечивает ослабление внутреннего напряжения вследствие различия в тепловом расширении между уплотнительным телом устройства, выполненного на основе светоизлучающих диодов, и силиконовой линзой.
Помимо этого, смола или резина, используемая в качестве материала силиконовой преломляющей линзы, может быть сформована путем смешивания с мелкими частицами кремнезема, чтобы тем самым регулировать показатель преломления и коэффициент линейного расширения.
В качестве адгезива для прикрепления линзы с помощью связующего к светоизлучающему диоду, предпочтительными являются адгезивы на основе эпокси и адгезивы на основе силикона, поскольку необходимо получение термостойкости. При выполнении линзы из силикона предпочтителен силиконовый адгезив и особенно предпочтителен силикон, имеющий показатель преломления, эквивалентный показателю преломления линзы после отверждения. Примеры используемого адгезива включают в себя, например, TSE3221 производства компании Momentive Performance Materials Inc.
[0079]
В качестве адгезива, подлежащего подаче под давлением в выпускное углубление светораспределительной линзы для скрепления с помощью связующего и отверждения, предпочтительно использование резины на основе силикона или эпокси. Примеры силиконового адгезива включают в себя слой геля или силиконовый эластомерный слой из полидиметилсилокеана с твердостью в отношении проникновения 90-37, измеренной с помощью пенетрометра в соответствии с JIS K 2220, и эластомерный слой из полидиметилсил океана, имеющий твердость по Шору 5-60, измеренную по шкале А измерения прочности в соответствии с JIS Z 2246. Веществом прозрачного адгезива может быть имеющий небольшой молекулярный вес силоксановый продукт, например, коммерчески доступные продукты, такие как LPS-1400, LPS-2400 (оба производства компании Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.; товарные знаки), ОЕ-6250, Sotefa, SE1740 (все производства компании Dow Corning Toray Silicone Company Ltd.; наименование продукта). Вследствие физической адгезии материала геля, такого как этот слой силиконового геля, физической упругости слоя силиконового эластомера линза прочно прилипает к светоизлучающему диоду без какого-либо промежутка.
[0080]
Когда слой 23 прозрачного адгезива представляет собой слой силиконового геля или слой силиконового эластомера, это помогает уменьшить напряжение вследствие различия коэффициента линейного расширения между линзой и светоизлучающий диодом.
Хотя размер линзы согласно настоящему изобретению может быть выбран в соответствии с необходимостью, необходимо, чтобы линза имела размер, достаточный для закрытия по меньше мере всего источника излучения, выполненного на основе светоизлучающих диодов, и желательно, в качестве светоизлучающего устройства, чтобы размер линзы в направлении по короткой оси линзы был более чем 1,2 раза больше, чем размер светодиодной сборки, если смотреть со стороны центральной оптической оси.
[0081]
Светодиодная сборка, применяемая в качестве источника света в осветительном устройстве согласно настоящему изобретению, может быть выбрана и использована подходящим образом. В таком случае форма выпускного углубления линзы на стороне, на которую падает свет, может быть изменена, чтобы соответствовать форме светодиодной сборки. Примеры предпочтительной светодиодной сборки, предназначенной для использования, включают в себя сборку, в которой верхняя часть полупроводникового светоизлучающего элемента (чипа) уплотнена полусферически прозрачной смолой. Например, предпочтительно используется серия NVSW219B и серия NCSW219B производства компании Nichia Corporation. Помимо этого, тип с монтажом микросхем на печатной плате (СОВ) (например, серия NCSWL036A производства компании Nichia Corporation) и тип с излучением сверху (например, NS6W183B производства компании Nichia Corporation), в которых полупроводниковый светоизлучающий элемент (чип), размещенный в корпусе с внутренней формой в виде мортиры, также может быть использован, с выполнением выпускного углубления на поверхности той стороны линзы, на которую падает свет, который должен быть совместимым с указанной сборкой, или с таким выбором показателя преломления адгезива после отверждения, что он эквивалентен показателю преломления линзы. Помимо этого, светодиодные источники света могут быть синим монохромным светоизлучающий диодом, красным монохромным светоизлучающий диодом, светоизлучающий диодом, излучающим ультрафиолетовый свет, или светоизлучающий диодом, излучающим инфракрасные лучи. Он также может быть индикатором питания, выполненным на основе светоизлучающего диода.
[0082]
Для освещения предпочтительным цветом излучения является белый цвет; однако, поскольку необходима регулировка оттенка, такого как соотношение теплого цвета и холодного цвета, и оттенения в соответствии с цветом дорожного знака и т.п., поверх светодиодного источника света могут быть выполнены слой цветового фильтра и слой преобразования длины волны. Может быть вставлена силиконовая крышка, содержащая фосфор или пигментный краситель, имеющая размер, соответствующий поверхности верхней области уплотнительной части светоизлучающего диода или поверхности выпускного углубления. Они также могут содержаться в линзе. Помимо этого, может быть произведено смешивание цветного пигмента или фосфора для получения необходимого цветового тона.
В настоящем изобретении, в качестве пигмента предпочтительно используется фосфор, а силикат, алюминат, сиалон и аналоги фосфора могут быть использованы в случае необходимости.
[0083]
При оттенении света, используемого для освещения, с тем чтобы он соответствовал целевому участку, который необходимо осветить, поскольку светораспределительная линза согласно настоящему изобретению обеспечивает эллиптическое или прямоугольное распределение света, происходит разделение цветов, и свойства цветопередача имеют тенденцию к уменьшению, если используется светоизлучающий диод, в котором полупроводниковые светоизлучающие устройства (чипы) RGB содержатся в одной сборке для излучения смеси различного света. Когда используется светоизлучающий диод, в котором на полупроводниковый чип, излучающий синий свет, нанесен фосфор таким образом, что фосфор покрывает чип, разделение цвета менее вероятно. Разделение цвета менее вероятно, когда используется светоизлучающий диод, имеющий один элемент, по сравнению со случаем светоизлучающего диода, имеющего множество полупроводниковых светоизлучающих элементов.
[0084]
Схемная плата, используемая в настоящем изобретении может и не относится к специальному типу при условии, что она может обеспечивать образование светоизлучающего устройства, имеющего теплостойкость, морозостойкость и светостойкость, и она имеет достаточную прочность для установки в корпус осветительного устройства. В предпочтительном варианте реализации предпочтительно использовать материал, имеющий теплопроводность, обеспечивающую рассеивание наружу тепла, вырабатываемого светодиодной сборкой. Например, предпочтительными схемными платами являются такие, в которых изолирующий слой выполнен на металлической пластине, например медной, алюминиевой, или графитовой, на которой выполнена схема, и схемные платы с использованием керамики, поскольку теплопроводность улучшена. Когда схемная плата не является платой с основанием белого цвета, такой как обычная схемная плата из стеклопластика на основе эпокси, эффективность ее отражения может быть увеличена нанесением белого отражающего вещества на поверхность периферийной части схемной платы за исключением контактного участка электродов светоизлучающего устройства.
В качестве белого отражающего вещества может быть использован раствор для нанесения покрытия, в котором белый пигмент, такой как оксид титана, карбонат кальция, тальк, сульфат бария, оксид цинка помещают в неотвержденную силиконовую смолу или силиконовую резину. Например, существует печатная краска серии SWR-PK производства компании Asahi Rubber Co., Ltd.
[0085]
Лапки, используемые для светораспределительной линзы согласно настоящему изобретению, могут быть изготовлены за одно целое из того же материала, что и линзы, или они могут быть изготовлены с использованием резины, которая мягче, чем светораспределительная линза. Также могут быть использованы металлы.
Когда для лапки используется металл, подготавливают лапку, выполненную заодно с кольцом, и прикрепляют ее к линзе заделывания с уплотнением кольца в ободок линзы. Также сборка может быть произведена посредством подготовки специальных установочных частей.
[0086]
При изготовлении источника света для уличных светильников и подсветки с использованием светораспределительной линзы согласно настоящему изобретению на светоизлучающей стороне линзы может быть выполнена светорассеивающая секция. Более того, в случае светильников для улицы, потолка коридоров, потолка складских помещений и освещения тоннелей, при котором освещаемая поверхность должна быть освещена в продольном направлении светом с высокого положения, множество светоизлучающих устройств может быть расположено в одном и том же направлении. Помимо этого, в случае освещения тоннеля и когда тоннель освещен от поверхности стен, посредством выполнения формы линзы в направлении по короткой оси, являющейся асимметричной относительно длинной оси, участок дороги, находящийся на удалении от источника света, может быть освещен светом, которым освещают дорогу с наклоном вниз сверху посредством части для распределения света, имеющего большую освещенность, а благодаря этому обеспечивается возможность однородного освещения вдоль поверхности дороги. Также, когда необходимо выполнить рассеивание света в нужном направлении, отличном от направления длинной оси линзы, некоторые линзы из указанного множества линз могут быть выполнены с изменением их направления по длинной оси относительно направления других линз.
[0087]
Более того, для дороги, имеющей определенную ширину, когда направление дороги и направление длинной оси линзы являются одинаковыми, свет, излучаемый под углом спереди, попадает в глаза под небольшим углом, что может привести к ослеплению; в таком случае направление длинной оси линзы выравнивают с направлением ширины дороги, так что распределение света в направлении длинной оси согласуется с шириной дороги, а также при освещении направление перемещения по дороге с использованием ширины освещения по короткой оси линзы, свет, используемый для освещения, попадает в глаза только под большим углом подъема, благодаря чему удается избежать ослепления светом, используемым для освещения.
Кроме того, можно производить светоизлучающее устройство посредством комбинирования светораспределительных линз с различными схемами освещения на одной схемной плате или производить светоизлучающее устройство путем установки и комбинирования различных линз.
Когда внутри корпуса, в котором размещены схемная плата и отражатель светоизлучающего устройства, выполнен светоотражающий слой, обеспечивается возможность эффективного излучения света к передней стороне. В предпочтительном варианте реализации светоотражающий слой, нанесенный белой краской, оказывается дешевле обеспечения видимого отражения.
[0088]
В светоизлучающей устройстве согласно настоящему изобретению оттенение освещающего света в целом может быть выполнено путем размещения на схемной плате множества светодиодных источников света, имеющих разные длины волн, или может быть использовано смешивание отдельного света от различных светоизлучающих устройств, имеющих разные длины волн.
[Примеры]
[0089]
(Пример производства)
[Производство линзы]
Форма трехмерной конструкции светоизлучающей поверхности светораспределительной линзы была вырезана на нижней форме для изготовления. На верхней форме для изготовления была вырезана трехмерная форма стороны, на которую падает свет, которая обеспечивает формирование выпускного углубления для размещения полусферической уплотнительной части светодиодной сборки (NCSW119) производства компании Nichia Corporation и выпускного углубления для жидкости, чтобы удерживать излишек адгезива в светораспределительной линзе после формования. В одной форме для изготовления было выполнено десять этих форм в направлении по длинной оси и было выполнено двадцать форм в направлении по короткой оси, так что всего двести линз могут быть получены за раз при использовании верхней и нижней форм для изготовления.
Затем жидкий силикон (SR-7090 производства компании Momentive Performance Materials Inc.), позволяющий формировать линзу, имеющую твердость по Шору А90 после отверждения, был подан под давлением в полость нижней формы для изготовления заливки, верхнюю форму для изготовления закрыли и нагревали с получением условий формования 180°С в течение 10 мин для формования в условиях давления.
Затем линзу удаляли из формы для изготовления, базовые и другие части подвергали конечной обработке, и провели осмотр.
После осмотра была проведена проверка на предмет соответствия светораспределительной линзы, сформованной в форме для изготовления и имеющей форму, показанную на Фиг. 3 согласно конструкции.
(1) Протяженность длинной оси линзы: 7,7 мм, протяженность короткой оси линзы: 5,4 мм,
(2) Непрерывная поверхность, включающая в себя прямолинейные части, параллельные короткой оси, выполненные в трехмерной форме, если смотреть со светоизлучающей стороны:
Прямые линии, параллельные короткой оси линзы: максимум 18,2% относительно протяженности короткой оси
Протяженность указанной непрерывной поверхности в направлении по длинной оси: 40,5% относительно протяженности длинной оси
(3) Форма стороны линзы, на которую падает свет:
Углубление полусферической формы диаметром 3,3 мм
Стенки выпускного углубления для жидкости, с которыми находится в контакте основание 3,6 × 3,6 мм светоизлучающего диода
Глубина выпускного углубления для жидкости: 0,45 мм
Глубина вставочного стопора: 0,3 мм
[0090]
[Скрепление линзы и светоизлучающего диода с помощью связующего]
Затем подходящее количество адгезива (TSE-3221 производства компании Momentive Performance Materials Inc.) было подано под давлением в выпускное углубление поверхности, на которую падает свет, была взята светодиодная сборка (NCSW119), и ее уплотнительная часть вдавливалась в наполненную адгезивом часть линзы до тех пор, пока светодиодную сборку нельзя было дальше вставить, в результате этого было осуществлено их соединение. В этом случае, они соединены таким образом, что часть основания светодиодной сборки входит внутрь линзы. Помимо этого, излишек адгезива попадает в выпускное углубление для жидкости, благодаря чему предотвращено его перетекание в участки контактных выводов.
Затем была проведена термообработка в печи при 120°С в течение 30 мин для отверждения адгезива.
(1) Толщина основной платы светодиодной сборки снаружи поверхности, на которую падает свет: 0,3 мм
(2) Толщина адгезива, которым заполнен промежуток между выпускным углублением для жидкости и полусферической уплотнительной частью: 0,2 мм (эквивалентно 14% диаметра уплотнительной части)
[0091]
[Производство светоизлучающего устройства]
Следом за проверкой, выполняемой после этапа скрепления с помощью связующего множество светодиодных сборок с линзой размещают в заданных местах схемы, при этом на схемной плате размещают припой и выполняют пайку с оплавлением припоя для окончательного выполнения светоизлучающего устройства. В схемной плате в этом случае на алюминиевой пластине выполняют изолирующий слой и выполняют на ней схему и на всю схемную плату, за исключением места, где установлена светодиодная сборка, наносят имеющий толщину 30 мкм слой белой печатной краски (SWR-PK-01) производства компании Asahi Rubber Inc., которая после отверждения образует светоотражающий слой.
[Промышленная применимость]
[0092]
Светораспределительная линза согласно настоящему изобретению и светоизлучающее осветительное устройство, выполненное на основе светоизлучающего диода оснащенное светораспределительной линзой, обеспечивает возможность освещения поверхности, подлежащей освещению, с однородным светом с распределением света, имеющим длинную и короткую оси; поэтому их можно просто использовать в качестве осветительного оборудования для освещаемых поверхностей, обладающих анизотропией, таких как прямоугольные или эллиптические поверхности, например, уличных светильников вдоль дороги, торшера для освещения столов, подсветки дисплейных панелей, светильника для потолка коридоров, туннелей, платформ железнодорожных станций и автомобильных фар. Кроме того, они могут быть эффективно использованы в качестве источника света для подсветки знаков анизотропных форм и жидкокристаллических дисплейных панелей.
[Описание символов]
[0093]
1. Прямолинейная часть:
1а. Прямолинейная часть на сечении линзы по короткой оси,
1b. Прямолинейная часть, параллельная сечению линзы по короткой оси,
1с. Прямолинейная часть на сечении линзы по длинной оси
1d. Кривая сечения углубления выполненного в форме канавки
2. Кривая, показывающая форму сечения линзы светоизлучающей стороны по короткой оси
3. Кривая, показывающая форму сечения линзы светоизлучающей стороны по длинной оси
4. Центральная оптическая ось линзы
5. Короткая ось
6. Длинная ось
7. Кривая, показывающая сечение непрерывной поверхности вдоль формы сечения линзы светоизлучающей стороны по длинной оси
8. Непрерывная поверхность, имеющая прямые линии на сечении линзы по короткой оси и на сечениях, параллельных указанному сечению, которое обнаруживается в трехмерной форме светоизлучающей стороны
8а. Первая непрерывная поверхность
8b. Вторая непрерывная поверхность
8с. Контурная часть светоизлучающей стороны сечения линзы по длинной оси во второй непрерывной поверхности
9. Выемка
10. Центр источника света
[0094]
11. Геометрическое место точки на поверхности линзы, в котором линия, соединяющая центр источника света и эту точку, перпендикулярна поверхности выпуклой части линзы
12. Дугообразное геометрическое место точек, которое становится кромкой выемки
13. Виртуальный конус, имеющий центр источника света и коническую поверхность, которая перпендикулярна поверхности выпуклой части линзы
14. Плоская часть, имеющая прямолинейные части в направлении по длинной оси и короткой оси
15. Касательная линия поднимающейся выпуклой части поверхности, на которую падает свет
16. Линия, соединяющая центр источника света и точку на поверхности линзы, в которой касательная линия этой точки перпендикулярна поверхности, на которую падает свет
17. Геометрическое место на поверхности линзы, в которой касательная линия этих точек перпендикулярна поверхности, на которую падает свет
18. Выполненная наподобие дуги окружности прямая сечения линзы по короткой оси
19. Выпускное углубление
20. Выпускное углубление для жидкости
21. Вставочный стопор светодиодной сборки
21а, 21b. Предотвращающие боковое смещение стенки светодиодной сборки
22. Светодиодная сборка
23. Адгезив
24. Светоизлучающее устройство
25. Схемная плата
26. Источник излучения света, выполненный с монтажом микросхем на печатной плате (СОВ)
27. Промежуток С между схемной платой и поверхностью линзы со стороны, на которую падает свет
30. Светоизлучающее устройство, собранное с помощью монтажного механизма
31. Лапка
32. Фиксирующий выступ
33. Выравнивающая часть
34. Отверстие
35. Канавка для приема установочных средств
36. Фиксирующий выступ для выравнивания
37. Уплотнительное тело с выступом