[发明专利]小光束角的光源

说明书

本发明公开了一种小光束角的光源，包括半导体发光元件和透镜，所述半导体发光元件被包埋于透镜内并与透镜无缝结合，所述透镜具有顶面以及与顶面连接的侧面，所述半导体发光元件具有一个以上出光面，其中至少一个出光面朝向所述透镜的顶面设置，并且由所述半导体发光元件射向所述透镜侧面的至少部分光线能够被所述透镜侧面反射后沿光轴透射出。本发明的小光束角的光源结构简单，将反射式照明应用中的光利用效率大大增加；相比于未加透镜的光源，使出光功率提高10％以上；与二次透镜相比，所述一次透镜体积小、重量轻，在光源封装时实现与芯片的无缝连接，便于安装，出光率提高；同时制程简单便捷、低成本、体积小、适于规模化制造和应用。

技术领域

本发明涉及一种半导体照明光源的设计，特别涉及一种小光束角的光源。

背景技术

近年来，LED光源已经在照明领域广泛应用。目前大多数LED光源在应用时一般不加一次透镜或加半球形一次透镜，这种光源得到的光场通常为朗伯型，如图1所示，朗伯型光场的光束角较大。而在有些应用中，需要小光束角的LED光源，例如：透射式探照灯、透射式手电筒、舞台灯等应用领域。为了进一步扩大LED光源应用市场，需要对其进行优化设计。

目前在灯具中设计合适的二次透镜可以获得小光束角的光，但是从LED光源发射出的光，只有投射到灯具二次透镜表面的部分(0°～+/-θ)，才能有效被透镜准直射出，成为这类灯具主要的有效光线。而没有投射到透镜表面的光(+/-90°～+/-θ)，则自由散出，对照射距离没有显著作用。如图2所示，为现有灯具中的二次透镜示意图。

对于朗伯型光场，根据公式计算，如图3所示，θ角为45°时，光利用效率仅为50％；θ角为30°时，光利用效率下降到25％；若要使光利用效率达到75％以上，则θ角须小于60°，这意味着透镜的直径要加大很多，会带来透镜制作成本和难度增加，灯具体积和重量增加等一系列问题。公式可表示为：

式中η：光利用效率；θ：LED光源与透镜边缘连线和LED光源法线方向的夹角；i(θ):LED光源在角度为θ处的光强。

二次透镜是指在组装灯具过程中，为了获得所需光场，而加装在光源前方的光学透镜。二次透镜与光源之间通常存在空隙、间距，没有连成一体。与一次透镜相比，灯具中的二次透镜并不能增加LED的光取出效率，只能改变从LED射出到外界的光的传播路径，二次透镜的体积和重量大，成本高。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种小光束角的光源，其具有提高光取出效率、制程简单便捷、低成本、体积小等特点。

为实现前述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种小光束角的光源，其包括半导体发光元件和透镜，所述半导体发光元件被包埋于透镜内并与透镜无缝结合，所述透镜具有顶面以及与顶面连接的侧面，所述半导体发光元件具有一个以上出光面，其中至少一个出光面朝向所述透镜的顶面设置，并且由所述半导体发光元件射向所述透镜侧面的至少部分光线能够被所述透镜侧面反射后沿光轴透射出。

在一些实施例中，由所述半导体发光元件射向所述透镜顶面的光线能够从所述透镜顶面透射出并沿光轴传输。

进一步地，所述半导体发光元件的朝向透镜顶面的出光面的尺寸与所述透镜顶面的最大尺寸之比小于2：3。

进一步地，所述半导体发光元件的朝向透镜顶面的出光面或透镜顶面的形状包括圆形、矩形、菱形或多边形。

进一步地，所述透镜顶面包括平面或凸面。

进一步地，所述透镜侧面为透明面，由所述半导体发光元件射向所述透镜侧面的、入射角大于全反射角的光线能够被所述透镜侧面反射后沿光轴传输；或者，所述透镜侧面为反射面，由所述半导体发光元件射向所述透镜侧面的光线能够被所述透镜侧面反射后沿光轴传输。