用于管理来自发光二极管的光的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于管理来自发光二极管的光的方法和系统
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请是2012年12月28日在Kevin Charles fcoughton名下提交且题为“用于管理来自发光二极管的光的方法和系统(Method and System for Managing Light froma Light Emitting D1de) ”的美国非临时专利申请号13/407，401的部分延续并且要求其优先权，所述美国非临时专利申请要求2011年2月28日在Kevin Charles Broughton名下提交且题为“用于管理来自发光二极管的光的方法和系统(Method and System forManaging Light from a Light Emitting D1de) ” 的美国临时专利申请号 61/447，173 的优先权；本申请还要求2012年11月14日在Kevin Charles Broughton名下提交且题为“用于管理来自发光二极管的光的方法和系统(Method and System for Managing Lightfrom a Light Emitting D1de) ”的美国临时专利申请号61，726，365的优先权；本申请还要求2012年11月20日在Kevin Charles Broughton名下提交且题为“用于再定向来自发光二极管的光的方法和系统(Method and System for Redirecting Light from a LightEmitting D1de) ”的美国临时专利申请号61/728，475的优先权。各上述专利申请在此通过引用并入本文中。美国非临时专利申请号13/407，401和美国临时专利申请号61/447，173 ；61，726，365和61/728，475的全部内容在此通过引用并入本文中。
技术领域
[0003]本技术涉及管理由一个或多个发光二极管(“LED”)射出的光，包括可以由这种射出的光的一部分形成光束并且可以施加全内反射以使这种光束朝期望位置定向的光学元件。
【背景技术】
[0004]发光二极管用于室内和室外照明，以及其它应用。许多此类应用将受益于用于管理由发光二极管产生的光的改进的技术，例如形成与应用参数匹配或针对应用参数定制的照明图案(pattern)。
[0005]例如，考虑对沿一排房屋延伸的街道一一在房屋与街道之间有人行道一一进行照明。常规的、未偏置的发光二极管可以朝下安装在人行道上方，使得各个发光二极管的光轴指向地面。在此构型中，未偏置的发光二极管将朝街道和房屋投射大体上等量的光。从光轴的每一侧射出的光延续，不论是朝向街道还是朝向房屋行进(head)。但是，绝大多数此类街道照明应用将受益于相对于对房屋照明的光量偏向于对街道照明的光量。许多路灯因此将受益于将房屋侧的光变换成街道侧的光的能力。
[0006]鉴于前文对现有技术中的典型缺点的说明，对改善的光管理的需求显而易见。存在对管理由发光二极管射出的光的紧凑设备的需求。还存在对管理由发光二极管射出的光的经济型设备的需求。还存在对可以有效地管理由发光二极管射出的光从而实现节能的技术的需求。还存在对可以将从发光二极管散发的光变换成期望图案(例如激进地重新定向散发的光的一个或多个选定部分)的光学器件的需求。还存在对可以定向偏振由发光二极管射出的光的技术的需求。存在对可以减小操纵由发光二极管射出的光的光学元件的尺寸、质量或材料用量的技术的需求。存在对有利于为光学元件安装发光二极管或将光学元件安装在发光二极管上的技术的需求。存在对为板载芯片系统集成光学器件的需求。存在对改善的照明一一包括路灯、室外照明和普通照明一一的需求。解决这种需求或现有技术中的某种其它有关缺陷的能力将支持发光二极管成本经济地用于照明和其它应用中。
【发明内容】
[0007]—种装置可以处理由一个或多个发光二极管射出的光以形成期望的照明图案，例如向沿特定方向行进的光相继作用折射和全内反射，从而引起该光的有益再定向。
[0008]在本技术的一个方面，一种发光二极管可以产生光并且具有相关联的光轴。光学材料的本体可以相对于发光二极管定向成处理所产生的光。例如，该本体可以是无缝的或由多个接合或结合在一起的元件形成。所产生的光的第一部分可以经光学材料的本体例如朝向要照明的区域传输。光学材料的本体可以将所产生的光的第二部分再定向成例如使得沿非策略方向行进的光朝向要照明的区域再定向。位于光学材料的本体的内侧的折射面可以由所产生的光的第二部分形成光线。该光线可以相对于发光二极管的光轴成一定角度在光学材料中传播，同时朝向位于光学材料的本体外侧的反射面行进。在光线入射时，该反射面可以将光束从光学材料的本体例如经随着光束离开光学材料的本体而折射该光束的表面区域向外再定向。该折射会导致例如光束发散。该反射面可以由于包括具有较高折射指数的透明光学材料和具有较低折射指数的光学介质之间的界面一一例如光学塑料与空气之间的全内反射界面一一而是可反射的。替代地，该反射面可以包括可反射的涂层，例如涂布至光学材料的本体的一个区域的溅镀铝涂层。
[0009]在本技术的一个方面，一种光学器件可以接收来自发光二极管的光。该发光二极管可以包括板载芯片式发光二极管组件。该光学器件可以包括发光二极管向其中射出光的空腔。该板载芯片式发光二极管组件可以安装在该空腔附近，例如光学器件的凹槽或插座中。光学器件的这种凹槽或插座可以视为空腔的一部分。该凹槽或插座可以例如不规则地成形。
[0010]在本技术的一个方面，一种光学器件可以接收来自发光二极管的光。该光学器件可以包括发光二极管向其中射出光的空腔。该空腔在从上方(或下方)看时可以具有轮廓或足迹(footprint)。该轮廓可以是卵形的，例如由具有不同伸长率(elongat1n)的两个不同卵形体或椭圆体的组合形成。
[0011]在本技术的一个方面，一种发光二极管可以将光射出到包括模制的塑料材料的相关联的光学器件中。光线跟踪可以指示光学器件的实施绝大多数或大体上全部有关的光线管理的部分和光学器件的大体上错过有关光线的部分。从光管理的角度，光学器件的错过或绕开有关光线的部分可以由于无光学活性或由于具有低光学关联性而被消除。消除光学器件的这些部分，例如相对于发光二极管侧向地设置的周边区域，可以减少光学器件中的塑料材料量，减轻光学器件的质量，和/或缩小光学器件的足迹。通过经由再成形制造模具来实施所述缩减，可以改进制造工艺。例如，缩小模制的光学器件的总尺寸可以提高冷却期间的尺寸稳定性，从而支持提高的光学性能和光学一致性。
[0012]前面对管理光和结合了发光二极管的系统的讨论仅出于说明的目的。通过阅读下文对所公开的实施例的详细描述并参考附图和附后权利要求，可以更清楚地理解和了解本技术的各个方面。此外，在审阅以下附图和详细描述后，本技术的其它方面、系统、方法、特征、优点和目的对本领域的技术人员来说将变得显而易见。所有这些方面、系统、方法、特征、优点和目的旨在被包括在该描述的范围内，处于本技术的范围内，并且受附后权利要求保护。
【附图说明】
[0013]图1是根据本技术的一些示例性实施例的包括发光二极管和管理由该发光二极管射出的光的光学器件的照明系统的图解。
[0014]图2是根据本技术的一些示例性实施例的图1示出的照明系统的另一个图解，进一步示出了管理由发光二极管射出的有代表性的光线的光学器件。
[0015]图3是根据本技术的一些示例性实施例的图1示出的照明系统的透视图，其中光学器件被描绘为不透明的以促进读者可视化。
[0016]图4是根据本技术的一些示例性实施例的从发光二极管的光轴上的有利位置看(看光学器件的发光侧)的图1示出的照明系统的平面图解。
[0017]图5A、5B、5C、ro和5E(统称图5)是根据本技术的一些示例性实施例的图1示出的光学器件的透视图，其中光学器件被描绘为不透明的以促进读者可视化。图5A、5B和5C取自看光学器件的发光侧的不同有利位置。图5E和5F取自看光学器件的光接收侧的不同有利位置。
[0018]图6A、6B、6C、6D和6E(统称图6)是根据本技术的一些示例性实施例的位于图1示出的光学器件的光接收侧的空腔的从不同视角的图解，其中空腔被描绘为空腔的实心、不透明的三维渲染以促进读者可视化。因此，图6通过描绘可以通过以树脂填充光学器件的空腔、固化树脂并且然后使固化的实心树脂与光学器件分离而形成的类型的计算机生成的实体而描述了光学器件的光接收侧的典型轮廓。
[0019]图7是根据本技术的一些示例性实施例的用于与对应的发光二极管阵列联接以提供图1所示的照明系统阵列的光学器件阵列的图示。
[0020]图8是根据本技术的一些示例性实施例的用于管理由发光二极管射出的光的另一个光学器件的透视图解。
[0021]图9是根据本技术的一些示例性实施例的图8示出的光学器件的侧视图解，进一步示出了管理可以由相关的发光二极管射出的光线的光学器件。
[0022]图10是根据本技术的一些示例性实施例的与发光二极管联接的图8和9的光学器件的配光性能的典型计算机生成的等英尺烛光图的图解。
[0023]图11是根据本技术的一些示例性实施例的用于管理由发光二极管射出的光的另一个光学器件的侧视图解，进一步示出了管理可以由相关的发光二极管射出的光线。
[0024]图12是根据本技术的一些示例性实施例的图11示出的光学器件的内部折射特征的有代表性的光学功能的侧视图解，其中光学器件的外部特征的光学功能被忽略以促进读者可视化。
[0025]图13A和13B(统称图13)是根据本技术的一些示例性实施例的包括与另一个光学器件联接的发光二极管的照明系统的图解。
[0026]图14是根据本技术的一些示例性实施例的图13示出的照明系统的有代表性的计算机生成的强度极坐标图的图解。
[0027]图15是根据本技术的一些示例性实施例的图13示出的照明系统的有代表性的计算机生成的照度图的图解。
[0028]图16是根据本技术的一些示例性实施例的图13示出的照明系统的一个实施例的有代表性的计算机生成的光线轨迹的平面图示。
[0029]图17是根据本技术的一些示例性实施例的图13示出的照明系统的另一个实施例的有代表性的计算机生成的光线轨迹的平面图示。
[0030]图18是根据本技术的一些示例性实施例的用于管理由发光二极管射出的光的方法