发光设备的制造方法_4

文档序号:9793753阅读:来源:国知局
何组合都是可行的。
[0077]图5示出了照明系统(例如数字投影仪)的侧视图,该照明系统具有光导4070,该光 导适于转换入射光1300,使得所发射的光1700在黄色和/或橙色波长范围内,即大致在 560nmilj600nm的波长范围内。光导4070可以例如被提供为由诸如Ce掺杂的(Lu,Gd) 3Al5〇12、 (Y,Gd)3Al5〇 12、或者(Y,Tb)3Al5〇12之类的陶瓷材料制成的透明石榴石。利用更高的Ce含量 和/或利用以Ce取代例如Gd和/或Tb的更高替代水平,由光导发射的光的光谱分布可以被位 移到更高的波长。在实施例中,光导4070完全透明。
[0078] 在光出射表面4200处,提供了光学元件9090。光学元件9090包括:滤波器9091,用 于对从光导4070发射的光1700进行滤波,以便提供经滤波的光1701;至少一个其它光源 9093、9094;以及光学部件9092,适于组合经滤波的光1701和来自至少一个其它光源9093、 9094的光,以便提供共同光输出1400。滤波器9091可以是吸收滤波器或者反射滤波器,其可 以是固定的或者可切换的。可切换滤波器可以例如通过提供反射式二色性镜和可切换镜并 且将可切换镜放置在光传播方向上所见的二色性镜的上游来获得,反射式二色性镜根据期 望的光输出可以是低通、带通或者高通的。此外,还可行的是,组合两个或者更多滤波器和/ 或镜以便选择期望的光输出。图5所示的滤波器9091是可切换滤波器,从而根据滤波器9091 的切换状态使得能够透射未滤波的黄光和/或橙光或者经滤波的光(特别地并且在示出的 实施例中为经滤波的红光)。经滤波的光的光谱分布依赖于所采用的滤波器9091的特性。如 示出的光学部件9092可以是十字二色性棱镜(还称为X-cube),或者在备选方案中其可以是 合适的单独二色性滤波器的集。
[0079] 在所示的实施例中,提供了两个其它光源9093和9094,其它光源9093是蓝色光源 并且其它光源9094是绿色光源。其它颜色和/或更大数目的其它光源也可以是可行的。其它 光源中的一个或者多个其它光源还可以是根据如下面阐述的本发明的实施例的光导。其它 选项是使用由滤波器9091滤除的光作为其它光源。共同光输出1400因此是由光导4070发射 的并且由滤波器9091滤波的光1701和由相应的两个其它光源9093和9094发射的光的组合。 有利地,共同光输出1400可以是白光。
[0080]图5所示的解决方案是有利的,原因在于其是可伸缩的、有成本效益的、以及根据 针对根据本发明的实施例的发光设备的给定应用的要求而容易适配的。
[0081 ]图6示出了包括透明基板或者光导4095上的多个光源2100的发光设备1020。多个 光源2100在这一示例中被设置在散热器7000(在实施例中由诸如铜、铁、或者铝之类的金属 制成)形式的基体或者基板上。注意,在其它实施例中,该基体或者基板不需要是散热器。光 导4095被示出为大体上被成形为棒体或者杆体,该棒体或者杆体具有关于彼此以不同于零 的角度(在这一特定情形下垂直)延伸的光输入表面4100和光出射表面4200,使得光出射表 面4200为光导4095的端部表面。光输入表面4100和光出射表面4200可以具有不同的尺寸, 在实施例中使得光输入表面4100大于光出射表面4200。光导4095进一步包括与光出射表面 4200平行并且相反延伸的其它表面4600,其它表面4600因此同样是光导4095的端部表面。 光导4095进一步包括侧表面4300、4400、4500。光导4095还可以为板形状的,例如作为正方 形板或者长方形板。
[0082] 发光设备1020进一步包括被设置在光导4095的其它表面4600处的第一镜元件 7600以及被设置在光导4095的光出射表面4200处的第二镜元件7400。如示出的,第一镜元 件7600被设置为与光出射表面4200光学接触,并且第二镜元件7600被设置为与其它表面 4600光学接触。备选地,可以在第一镜元件7600和第二镜元件7400与其它表面4600和光出 射表面4200中的一个或者两者之间分别提供间隙。这种间隙可以用例如空气或者光学粘合 剂填充。
[0083] 光导4095的光出射表面4200进一步被提供有四个向内渐窄壁和与其它表面4600 平行延伸的中心平坦部分。通过如本文中使用的"渐窄壁"意指光出射表面4200的被设置为 与光出射表面的(多个)剩余部分和邻近于光出射表面延伸的光导表面两者成不同于零度 的角度的壁分段。壁向内渐窄,从而意指光导的横截面朝向出射表面逐渐减小。在这一实施 例中,第二镜元件7400设置在光出射表面4200的渐窄壁处并且与渐窄壁光学接触。因此,第 二镜元件被提供有对应于并且覆盖光出射表面4200的渐窄壁中的每个渐窄壁的四个分段 7410、7420、7430和7410。对应于光出射表面4200的中心平坦部分的穿通开口 7520限定了光 出射表面4200的透明部分,光可以穿过该透明部分尚开,以从发光设备1020发射。
[0084] 以此方式,提供了发光设备,其中射中第二镜元件的光线改变角方向,使得更多的 光线指向光出射表面4200,并且之前由于TIR将会留在光导4095内的光线由于角方向的改 变现在以小于反射临界角的角度射中光出射表面4200,并且因此可以通过光出射表面4200 的穿通开口 7520离开光导。因此,由发光设备通过光导4095的光出射表面4200发射的光的 强度进一步增加。特别地,当光导是长方形杆体时,将有光线在出射表面处垂直射中第二镜 元件,并且因此由于它们在两个镜元件之间保持反弹而不能离开杆体。当一个镜元件向内 倾斜时,光线在该镜元件处反射之后改变方向,并且可以经由第二镜元件的透明部分离开 光导。因此,这一配置借助于从渐窄壁的反射,提供朝着光出射表面4200的中心平坦部分并 且从而朝着第二镜元件7400中的穿通孔洞7520的经改善的光引导。
[0085] 在备选实施例中,可以提供其它数目的渐窄壁,诸如小于或者大于四个,例如一 个、两个、三个、五个或者六个渐窄壁,并且相似地,不是所有渐窄壁都需要被提供有第二镜 元件或者其分段。在其它备选方案中,渐窄壁中的一个或者多个渐窄壁可以未被第二镜元 件7400覆盖,和/或中心平坦部分可以部分地或者完全地被第二镜元件7400覆盖。
[0086] 图7A示出了根据本发明的第一和一般实施例的发光设备1的透视图,并且图7B在 横截面图中示出了根据图7A的发光设备1。发光设备1 一般包括多个固态光源21、和透明基 板3。上文描述了合适类型的固态光源。在下文中,为了简便,所有固态光源都被示出和描述 为发光二极管(LED)。
[0087] 在图7A和图7B所示的实施例中,提供了三个LED 21、22、以及23。然而,原则上可以 提供任何可行数目的LED。例如可以使用十个LED或者二十个LED。
[0088] 透明基板3被示出为大体上被成形为杆体或者棒体,该杆体或者棒体具有垂直于 彼此延伸的第一光输入表面31和第一光出射表面32,使得第一光出射表面32为透明基板3 的端部表面。透明基板3进一步包括与第一光出射表面32平行并且相反延伸的其它表面36, 其它表面36因此同样是透明基板3的端部表面。透明基板3进一步包括侧表面33、34、35。透 明基板3还可以是板形的,例如为正方形或者长方形板。在那种情形下,多个光源可以被设 置为正方形或者二维阵列。
[0089] 第一光输入表面31和第一光出射表面32大体上以相对于彼此的不同于零的角度 延伸。在本文所不的实施例中,第一光输入表面31和第一光出射表面32垂直于彼此延伸。此 外,第一光输入表面31和第一光出射表面32可以具有不同的尺寸,使得第一光输入表面31 大于第一光出射表面32。
[0090] 根据本发明的发光设备的如下备选配置也是可行的,其中第一光出射表面32和其 它表面36是互相相反的侧表面并且第一光输入表面31是端部表面。
[0091] 图7A和图7B所示的透明基板3由透明材料制成,上文描述了合适的透明材料。然 而,用于基板3的特别有利的材料是掺杂或者非掺杂蓝宝石。备选地,透明基板3可以由掺杂 或者非掺杂石榴石制成,上文描述了合适的石榴石。此外,透明基板3可以是发光的、光集中 的、或者其组合,上文描述了合适的材料。因此,提供了具有如下透明基板的发光设备,该透 明基板具有特别好的光引导性质和特别好的波长转换性质。
[0092] 透明基板具有厚度或者高度H,厚度或者高度Η被限定为第一光输入表面31和表面 35之间的并且垂直于两者的距离。透明基板的宽度W被限定为表面33和表面34之间的并且 垂直于两者的距离。透明基板的长度L被限定为第一光出射表面32和其它表面36之间的并 且垂直于两者的距离。
[0093] 高度Η在一些实施例中〈10mm,在另一些实施例中<5mm,在又一些实施例中<2mm。宽 度W在一些实施例中〈10mm,在另一些实施例中<5mm,在又一些实施例中<2mm。长度L在一些 实施例中大于宽度W和高度H,在另一些实施例中是宽度W的至少2倍或者高度Η的至少2倍, 在又一些实施例中是宽度W的至少3倍或者高度Η的至少3倍。高度Η:宽度W的纵横比通常为 1:1 (对于例如一般光源应用)或者1: 2、1: 3或者1:4(对于例如诸如头灯之类的特殊光源应 用)或者4: 3、16:10、16:9或者256:135(对于例如显示应用)。例如,光导包括2mm的高度Η、 4mm的宽度W、以及20mm的长度L。在另一示例中,光导包括1 · 5mm的高度Η、2 · 4mm的宽度W、以 及30mm的长度L。
[0094] 如本发明中使用的大体上透明基板和光导包括光输入表面和光出射表面。光出射 表面可以具有任何形状,但是在实施例中被成形为正方形、长方形、圆形、卵形、三角形、五 边形或者六边形。上文描述了光出射表面的其它实施例。
[0095] 大体上杆状的或者棒状的透明基板或者光导可以具有任何横截面形状,但是在实 施例中,具有正方形、长方形、三角形、五边形或者六边形的横截面形状,上文描述了其它合 适的实施例。
[0096]通常,如本发明中使用的透明基板或者光导是长方体,但是可以被提供有除长方 体之外的不同形状,其中光输入表面具有一定程度的梯形形状。通过这样做,光通量可以进 一步增强,这可能对于一些应用有利。
[0097] LED 21、22、23被设置在透明基板3的第一光输入表面31处,以便将光发射到透明 基板3中。
[0098] LED 21、22、23可以是任何可行类型的LED,诸如常规半导体发光二极管(LED)或者 激光二极管或者有机发光二极管(0LED)或者常规半导体LED或者激光二极管或者0LED的阵 列。在实施例中,至少一个LED发射红外、可见、或者紫外波长范围内的光。LED 21、22、23可 以以现有技术中已知的任何可行的方式制造,诸如通过化学或者物理沉积方法或者通过液 相外延(LPE),LED 21、22、23的制造或者生长直接被执行到透明基板3上。
[0099]通过直接被提供到(例如LED的有源层直接被生长到)透明基板3上并且直接在透 明基板3上被处理(例如刻蚀),LED 21、22、23被设置在一行中并且与透明基板3直接物理接 触和光学接触。换句话说,透明基板3是如下基板,LED(即LED的有源层)被制造在该基板上。 合适的制造技术被应用于在相邻或者邻近LED之间提供分离或者间隙。多个LED 21、22、23 的有源层和透明基板3之间的直接物理接触导致多个LED 21、22、23的有源层和透明基板3 在第一光输入表面3
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