专利名称：产生闪耀的led灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用发光二极管(LED)的灯，尤其涉及用于产生LED灯的闪耀外观的技术。
背景技术：
图1是传统倒装芯片LED管芯10的横截面视图，LED管芯10安装在底座12上并由半球形透镜14封装。所发射的光产生朗伯图案。LED管芯10底部上的电极16被接合至底座12上的金属焊盘，该金属焊盘通过通路被连接至底座12底部上的鲁棒接合焊盘18 以用于焊接至印刷电路板。底座12可以是任意尺寸的。一个或多个磷光体层可以覆盖LED 管芯10使得结构20能够输出任何颜色的光，包括白色。这样的输出多种颜色的结构20可以从受让人处购买到。在某些与光发射美学相关的应用中，可能期望产生引人注意的光发射。
发明内容
描述了对人类观察者产生闪耀效应的新颖LED透镜。LED管芯大约为1mm2，横跨管芯表面的发射光组合以形成非相干光。这样的光并不闪耀。闪耀是一种特性，其根据光源或观察者的移动而导致所发出的光出现快速变化的亮度外观。与闪耀相关的特性被称为斑点，其中由于横跨视网膜的被观察的光的相长和相消干涉，人眼中的视杆细胞和视锥细胞探测到相干光源(例如，激光)的不同亮度。斑点是非常有趣的美学效果，由于LED的非相干性质，其不能利用LED被观察到。根据本发明的一个实施例，为产生闪耀和斑点效应，专用的透镜被固定在LED管芯之上，其中所述管芯以朗伯图案发射。透镜通常是半球形(圆顶形)并被模制成基本上由非常小且互连的小透镜的阵列形成。每个小透镜将在其输入表面处接收到的LED光成形为在其输出表面处的基本上点源，因此LED管芯横跨该半球形小透镜阵列被成像为亮点源的阵列。来自于每个小透镜的发射光将是定向的，因此当观察者相对于光源移动时，观察者将看到与任何其他点源相比更亮的一个点源。在一个实施例中，LED管芯是基本上每边的尺寸约为Imm的正方形，小透镜被布置在与LED管芯间隔约5mm的半球形区域之上，其中该半球形具有约IOmm的直径，且每个小透镜具有约1至l/100mm的直径。小透镜的数量典型地将是100-10，000个或更多。也描述了透镜和小透镜的其他形状。当观察者相对于光源移动时，光源将出现闪耀。进一步地，由于每个小透镜产生 LED管芯的基本上点源像，所以假设LED发射窄范围的波长，则观察者的视杆细胞和视锥细胞看到由单个小透镜发射的部分地相干的光。点源基本上产生平面光波。不同的视杆细胞和视锥细胞探测到经历不同程度的相长和相消干涉的光，其导致感受到的光具有随观察者的眼睛相对于光源的移动而改变的有趣的粒状。
在模制透镜的实际实施例中，小透镜不能产生完美的点源，且实际可实现的点源约为LED管芯面积的1/25 (约0. 04mm2的面积)。这等同于通过小透镜的约0. 2的实际放大率。术语“基本上点源”应无论如何被解释为任何LED像的尺寸面积小于LED管芯面积的约1/9 (0. 33或更小的放大率)。在一个实施例中，透镜的内部表面包括凸透镜阵列且外部表面包括散射表面，诸如合适的粗糙化表面。粗糙化表面可通过模制或通过其他手段产生。内部透镜在外部表面处产生点源，且通过外部表面的散射使得点源相对于透镜在随机的角度被观察到。透镜可以是单一的、完整的透镜或者两个或更多的同心的透镜。
图1是传统的发射朗伯图案的LED光源的横截面视图。图2是当观察者相对于灯移动时闪耀的LED灯的横截面视图。图3是图2的透镜中单独的小透镜(Ienslet)部分的透视图。图4是具有小透镜的半球形透镜的自上而下的平面视图。图5是类似于图2的LED灯但其中透镜为边发射透镜的LED灯的横截面视图。图6是其中透镜由间隔的内部和外部透镜形成的LED灯的横截面视图。在不同的图中相似或相同的元件使用相同的数字进行标记。
具体实施例在图2中，图1的LED管芯10和封装用半球形透镜14 (朗伯透镜)由基座22支撑。基座22可以是扩大的底座12 (图1)，或者LED管芯10可以被安装在底座12上然后再安装在更大的基座22上。基座22具有电连接至LED管芯10上的阳极和阴极电极的底部电极M。在一个实施例中，LED管芯10发射窄波长的光，诸如蓝色、绿色、琥珀色、红色或其他颜色。LED管芯10也可以具有形成在其上的磷光体层，这样所发射的光具有红色、绿色和蓝色组分(或蓝色和黄色组分)以产生白光。模制的外部透镜沈被固定在LED管芯10之上。透镜沈可以是硅树脂、塑料、玻璃或任何合适的聚合物或其他材料。本领域技术人员可以无需过度的实验而模制任意形状的透明透镜。在一个实施例中，LED管芯10具有Imm的边，且大致为半球形的透镜沈的直径约为10mm。然而，实际上任何直径的透镜沈也将能够执行闪耀功能。在一个实施例中，透镜沈由互连的小透镜的阵列形成，每个小透镜具有大致为冰淇林蛋卷的形状。图3示出了一个小透镜观。从LED管芯10发出的光(朗伯型)由所有小透镜基本等同地成形。示出了来自于LED管芯10的光线30，其被小透镜观折射，其中该折射是由于小透镜观的形状和空气与透镜材料的不同的折射率。小透镜观的形状使得LED 的光被聚焦在小透镜28外部表面上的点31处(外部表面在内部透镜的焦距上)。垂直于小透镜28观察小透镜洲的观察者将感受到小透镜28输出比透镜沈上的任何其他地方亮得多的光点，这样，由于透镜沈表面之上被感受到的亮点依赖于观察者观察灯40的角度而发生变化，所以产生了闪耀效应。透镜沈基本上具有透镜34的内部阵列和相应的透镜36的外部阵列。在一个实
4施例中，每个内部透镜是凸的且每个外部透镜是凸的。也可以使用其他的小透镜形状以在透镜沈的外部表面处产生LED管芯10的基本上点源像。如果点源像足够小，则透镜沈产生斑点效应。观察者的视杆细胞和视锥细胞作为视网膜的一部分，看到由每个小透镜发射的部分地相干的光，其中不同的视杆细胞和视锥细胞探测到经历不同程度的相长和相消干涉的光，导致感受到的光具有随观察者的眼睛相对于灯40的移动而改变的颗粒性。Imm2管芯的约0. 25的放大率(或更小)的点源像足以产生有趣的斑点。假设LED管芯为1mm2，则0. 25的放大率产生约0. 06mm2的LED管芯像面积。视网膜上的斑点分辨率的极限是艾里斑半径，由以下等式中的χ给出X=L 22 Xf/d，其中λ是光的波长，f是透镜的焦距，d是孔的直径。f/d是透镜的焦比(f-number)， 对于人眼，平均为f/5. 7 (假设3mm的瞳孔直径)。概言之，最小的光点约是以微米为单位的透镜的焦比，因此f/16的透镜能够产生直径约16微米的光点。在一个实施例中，透镜36的外部阵列由诸如借助于棱镜的模制的随机阵列或借助于合适的粗糙化的光散射表面代替。图2的透镜因此可以具有由小的、随机成角的小平面构成的外部表面。通常地会存在比内部透镜更多的散射小平面。内部透镜在外部表面处产生点源，且通过外部表面的散射使得点源相对于透镜以随机的角度被观察到。点源也可以被散射小平面细分。图4是具有小透镜洲的阵列的透镜沈的俯视平面图。由于透镜靠近边缘时变得更加竖直，实际的自上而下的视图将会由于每个外部小透镜纵横比的变化而看起来不同。 由于圆形的小透镜28可以具有仅l/10mm的直径，因此在IOmm直径的透镜沈内可以有超过10，000个小透镜观。透镜沈基本上发射半球形的光亮点阵列，使得当观察者的观察角度改变时，不同的亮点被看见，以产生闪耀和斑点效应。甚至100个小透镜的阵列也能产生闪耀和斑点。图5是具有边发射透镜46的灯44的横截面视图，其中边发射透镜46具有中心的锥状缺口 48，该缺口从内部向侧向反射光。小透镜50以与图2中的小透镜观相同的方式进行操作。实际上具有小透镜的透镜可以是任意形状，该形状取决于具体的应用。图6说明了由内部透镜部分M和外部透镜部分56形成的透镜52，其中在内部透镜部分讨和外部透镜部分56之间具有空气间隙58。透镜部分M和56产生的点源与图2 中的小透镜观所产生的点源相似。取代空气间隙58，硅树脂或其他透明材料可以填充间隙 58并将透镜各部分粘在一起以便于处理。表面56也可以是散射表面以取代透镜。图6也说明了连接至基座22电极的驱动电子设备60，其可以将120V的交流电转换为直流以控制LED管芯10。灯可以被用作装饰性的拧入式的电灯泡。在一个实施例中，基座22在其上安装有与图2、5或6的相同的闪耀灯的阵列以产生更大的闪耀效应。如果足够明亮，灯也可以被用于照明。基座22也可以是印刷电路板。透镜沈、46或52可以制成任意尺寸，且单独的透镜可以围绕多个LED管芯10以得到更亮的光输出。透镜将典型地具有约10倍于LED管芯宽度的或更小的直径；然而，只要依然实现闪耀效应，该直径可以是任意实际的尺寸。在其他的实施例中，内部和外部透镜可以偏移或被图案化以掩蔽LED管芯的可见度。可以将远场图案进行优化以用于不同应用的要求。
详细描述了本发明后，本领域技术人员会明白，给定本公开内容，可以对发明做出修改而不偏离本文描述的精神和发明理念。因此，并非旨在将发明的范围限制于所说明和描述的特定实施例。
权利要求
1.一种光源，包括固定至基座的发光二极管(LED)管芯；和固定至基座的透镜，该透镜放置在LED管芯之上以接收来自LED管芯的光，该透镜包括互连的小透镜的阵列，每个小透镜被成形为对来自LED管芯的光进行聚焦，使得在小透镜的输出处LED管芯的像的面积被减小至小于LED管芯面积的1/9，从而在该透镜的外部表面处产生LED管芯的基本上点源像。
2.如权利要求1所述的光源，其中该透镜是基本上半球形的且基本上围绕LED管芯。
3.如权利要求1所述的光源，其中存在多于100个的小透镜创建该透镜。
4.如权利要求1所述的光源，其中该透镜的直径约等于LED管芯宽度的10倍或更小。
5.如权利要求1所述的光源，其中该透镜具有包括凸内部透镜的阵列的内部表面，所述凸内部透镜将LED管芯的像基本聚焦在透镜的外部表面处。
6.如权利要求5所述的光源，其中该外部表面包括凸外部透镜的阵列。
7.如权利要求5所述的光源，其中该外部表面包括光散射表面。
8.如权利要求1所述的光源，其中该透镜具有包括凸内部透镜的阵列的内部表面。
9.如权利要求1所述的光源，其中该透镜被模制为一体化件。
10.如权利要求1所述的光源，其中该透镜包括内部透镜层和外部透镜层，在内部透镜层和外部透镜层之间具有间隙，内部透镜层的一部分和外部透镜层相应部分的组合形成小透镜。
11.如权利要求1所述的光源，其中该透镜具有IOmm或更小的直径并基本上围绕LED管芯。
12.如权利要求1所述的光源，其中LED管芯具有在其之上的磷光体层。
13.如权利要求1所述的光源，其中小透镜被成形为使得当LED管芯被通电时产生斑点ο
14.如权利要求1所述的光源，其中在该透镜下方仅存在单一的LED管芯。
15.一种由光源执行的方法，该光源包括发光二极管(LED)管芯和覆盖在该LED管芯上且基本上围绕该LED管芯的透镜，该透镜包括互连小透镜的阵列，该方法包括由LED管芯产生基本上朗伯型的光发射； 通过每个小透镜接收来自LED管芯的光；通过每个小透镜基本上聚焦LED管芯的像，使得在小透镜的输出处LED管芯的像面积被减小到小于LED管芯面积的1/16，从而在该透镜的外部表面处产生LED管芯的基本上点源像，其中存在多于100个的小透镜创建该透镜，且其中当观察者在特定角度观看透镜时， 每个小透镜产生如观察者所感受到的多个峰值的光源的峰值亮点。
全文摘要
描述了一种围绕LED管芯的基本上半球形的透镜，当观察者从不同角度观察透镜时该透镜产生闪耀。该透镜由100-10,000或更多小透镜的互连的阵列形成。每个小透镜将LED管芯的像聚焦在小透镜的输出处，使得在输出处LED管芯像的面积小于LED管芯面积的1/9，以在该透镜的外部表面处产生LED管芯的基本上点源像。当LED管芯被通电时，每个小透镜的形状导致观察者在不同观看角度感受到LED管芯的点源像，使得当观察者相对于透镜移动时，所发出的LED光呈现闪耀和斑点。
文档编号F21K99/00GK102422081SQ201080020798
公开日2012年4月18日 申请日期2010年4月9日 优先权日2009年5月12日
发明者布特沃特 M., 比尔休曾 S. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司, 飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司